JP2020025238A - Control method and device for maximizing speaker system capacity - Google Patents
Control method and device for maximizing speaker system capacity Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020025238A JP2020025238A JP2018159746A JP2018159746A JP2020025238A JP 2020025238 A JP2020025238 A JP 2020025238A JP 2018159746 A JP2018159746 A JP 2018159746A JP 2018159746 A JP2018159746 A JP 2018159746A JP 2020025238 A JP2020025238 A JP 2020025238A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voice coil
- function
- temperature
- signal
- calculation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
- H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Abstract
Description
スピーカーシステムのインピーダンス特性とアドミタンス特性
スピーカーシステムの電力変換効率
スピーカーシステムの低出力インピーダンス駆動方法と高出力インピーダンス駆動方法
高速フーリア変換と逆変換
インパルス応答
コンボリューションまたは畳み込み積分
ボイスコイルの運動
スピーカー消費電力
ボイスコイルの温度
ディジタル音響信号処理
Speaker system impedance and admittance characteristics Power conversion efficiency of speaker system Low output impedance driving method and high output impedance driving method of speaker system Fast Fourier transform and inverse transform Impulse response Convolution or convolution integral voice coil Motion speaker power consumption voice coil Temperature Digital Sound Signal Processing
明細書全文で、請求項に記述の用語を用いる。
背景技術その1、スピーカーシステムについて、
図1は請求項1に記述の、本案の検証用として試作したスピーカーシステムが持つ特性の一例である。
供試用のスピーカーシステムは
スピーカーユニットは、公称径70mm 定格電力15W インピーダンス8オーム
2個の共振体は、内容積62.5cm^3 ダイヤフラム窓面積25cm^2 重り40g 、
が、
密閉キャビネット、横130mm 縦94mm 奥行き69mm の外形寸法、厚み4mmの木板
の密内部に組み込まれたものである。
図1中、Impedance は 供試スピーカーシステムのインピーダンス特性である。
120Hz 付近を中心とする緩やかなインピーダンス増大帯域は、共振特性が緩やかになっている。これは、共振体が無い場合の通常 f0 と呼ばれる 200Hz 付近の鋭い山が 共振体の共振特性と結合し、低音側に移動することによる。
この特性は、良好な低音再生特性に作り込む設計工程において重要である。
Throughout the description, the terms used in the claims are used.
Background art No. 1, Speaker system
FIG. 1 shows an example of characteristics of a speaker system prototyped for verification of the present invention described in claim 1.
The speaker system for the test is a speaker unit with a nominal diameter of 70 mm, a rated power of 15 W, an impedance of 8 ohms, and two resonators with an inner volume of 62.5 cm ^ 3, a diaphragm window area of 25 cm ^ 2, a weight of 40 g,
But,
The enclosed cabinet is 130mm in width, 94mm in height and 69mm in depth.
In FIG. 1, Impedance is the impedance characteristic of the speaker system under test.
The resonance characteristic of the gradual impedance increase band centered around 120 Hz is gradual. This is due to the fact that the sharp peak near 200Hz, usually called f0, when there is no resonator, couples with the resonance characteristics of the resonator and moves to the lower frequency side.
This characteristic is important in the design process for producing good bass reproduction characteristics.
このようなスピーカーシステムの設計方法は公知であって、下記の特許文献に記述されている。それぞれの表現方法は異なるものの、振動のメカニズムの本質は類似である。
特願2010-251188 スピーカー装置
特願2011-514324 スピーカー装置
特開2010-097146 吸音構造群及び音響室
特開2010-097145 吸音構造群及び音響室
特開2010-031582 吸音構造群及び音響室
特開2007-336337 スピーカーシステムおよびスピーカーエンクロージャ
以上に記述されるスピーカーシステムの設計方法は低音再生性能の改善に関する。
Methods for designing such a speaker system are known and are described in the following patent documents. Although the expressions are different, the essence of the vibration mechanism is similar.
Japanese Patent Application No. 2010-251188 Loudspeaker device Japanese Patent Application No. 2011-514324 Loudspeaker device JP2010-097146 Sound absorbing structure group and acoustic room JP2010-097145 Sound absorbing structure group and acoustic room JP2010-031582 Sound absorbing structure group and acoustic room JP2007 The speaker system and speaker enclosure design method described above relates to improving bass reproduction performance.
背景技術その2、パワアンプについて、
一般的に、音響再生用のパワアンプは電圧出力型である。これは、スピーカーの特性が暗黙のうちに、一定電圧入力による再生特性として定義づけられていることにもよる。
また、f0 と呼ばれる低音共振点付近では強い固有の音色を持つ。電圧出力型のパワアンプのほうが電流出力型よりはこの固有の音色を抑制する。共振点自由振動の抑制はダンピングファクターと呼ばれるところのパラメーターで評価される。
図1のグラクに示すインピーダンス特性の場合、インピーダンスが高い 120Hz 付近の周波数帯域では、電流出力パワアンプの場合の音圧は、電圧出力パワアンプに比べ 約10dB 強い。これは 3倍 の電力の違いに相当する。
以上は公知である。
SPL by Voltage Amplifier は電圧出力パワアンプの場合の音圧特性を示す。
SPL by Current Amplifier は電流出力パワアンプの場合の音圧特性を示す。
双方の特性はインピーダンスが極小値を示す 400Hz 付近でSPLが一致するべく入力信号のレベルを一致させたものである。
Background technology No.2 Power amplifier
Generally, a power amplifier for sound reproduction is of a voltage output type. This is due to the fact that the characteristics of the speaker are implicitly defined as reproduction characteristics with a constant voltage input.
In addition, it has a strong peculiar tone near the bass resonance point called f0. The voltage output type power amplifier suppresses this inherent timbre more than the current output type. The suppression of resonance-point free vibration is evaluated by a parameter called a damping factor.
In the case of the impedance characteristics shown in the graph of FIG. 1, in a frequency band around 120 Hz where the impedance is high, the sound pressure of the current output power amplifier is about 10 dB stronger than that of the voltage output power amplifier. This is equivalent to three times the power difference.
The above is known.
SPL by Voltage Amplifier shows the sound pressure characteristics of a voltage output power amplifier.
SPL by Current Amplifier shows the sound pressure characteristics of a current output power amplifier.
In both characteristics, the level of the input signal is matched so that the SPL matches near 400 Hz at which the impedance shows the minimum value.
高音域では、一般的にスピーカーシステムのインピーダンス特性は周波数にほぼ比例して大きくなる。スピーカーユニットの設計工程では発注先から要求される低音の再生特性と高音の再生特性の双方を満足させなければならない。トレードオフの関係にある双方のファクターについて、常にカットアンドトライの業務がつきまとう。2018年現在の、近年、特に小型スピーカーシステムの高性能化の要望が強く、難しい低音再生の性能改善には様々な試みが成されている。しかし、高音再生を犠牲にすることはできないことから、より簡素な技術で設計自由度を大幅に拡大する手法が望まれている。
電流出力パワアンプを使うことは、設計の自由度を大幅に拡げ、低音再生性能と高音再生性能のトレードオフ関係を大幅に改善する。
In the high frequency range, the impedance characteristic of the speaker system generally increases in proportion to the frequency. In the design process of the speaker unit, it is necessary to satisfy both the bass reproduction characteristics and the treble reproduction characteristics required by the supplier. There is always a cut-and-try task for both factors that have a trade-off relationship. In recent years, as of 2018, in particular, there has been a strong demand for higher performance of small speaker systems, and various attempts have been made to improve the performance of difficult bass reproduction. However, since high-frequency sound reproduction cannot be sacrificed, there is a demand for a method of greatly expanding the degree of freedom in design with a simpler technique.
Using a current output power amplifier greatly expands the degree of freedom in design and greatly improves the trade-off between low-frequency sound reproduction performance and high-frequency sound reproduction performance.
図1の高域特性がその事実を示している。3kHz から 10kHz における出力音圧は、電圧出力パワアンプの場合に対し電流出力パワアンプの場合、インピーダンス特性が
+-2dB の範囲でほぼ比例して大幅に改善される。
但し、電流出力パワアンプを使う場合、下記3点の問題がある。
第1に、パワアンプの電源電圧による制限によって、最大出力電圧の上限が決まる。
しかし、パワアンプの電源電圧を上げることは、ボイスコイルのインピーダンスが小さい帯域で過大入力となる確率が極めて高くなる。従って電源電圧を上げた場合、全帯域での定格出力運転を保証できななくなる。
第2に、ダンピングファクターの問題があって、電流出力パワアンプは採用されない。
第3に、2018年現在には低消費電力、省スペース、低コストが求められる量産商品用のパワアンプの 100% はスイッチング方式の電圧出力パワアンプである。既に高い完成度で安定して実績のある生産現場の現状を変えることは簡単ではない。
The high-frequency characteristic in FIG. 1 shows the fact. The output sound pressure from 3 kHz to 10 kHz is different from that of the voltage output power amplifier in the case of the current output power amplifier because of the impedance characteristic.
There is a significant improvement in proportion in the + 2dB range.
However, when a current output power amplifier is used, there are the following three problems.
First, the upper limit of the maximum output voltage is determined by the limitation by the power supply voltage of the power amplifier.
However, increasing the power supply voltage of the power amplifier extremely increases the probability of excessive input in a band where the impedance of the voice coil is small. Therefore, when the power supply voltage is increased, the rated output operation in all bands cannot be guaranteed.
Second, current output power amplifiers are not employed due to the problem of damping factors.
Third, as of 2018, 100% of power amplifiers for mass-produced products requiring low power consumption, space saving and low cost are switching-type voltage output power amplifiers. It is not easy to change the status quo of production sites that already have a high degree of perfection and a stable track record.
図2は、ボイスコイルの振動振幅の電圧出力パワアンプと電流出力パワアンプの相違を示す。この特性の測定に使った変位測定器の周波数範囲は 20Hz から 500Hz である。
図2 はスピーカーシステムが電流出力パワアンプと電圧出力パワアンプでは低音域における振動振幅が大きく異なることを示す。図1も含め、それらの特性は電流出力パワアンプが電圧出力パワアンプに比べ低音再生特性と高音特性の双方にとって良好であることを示している。
しかし、再生周波数が低域に寄るほど振動振幅は大きくなることから、ダイナミックレンジが狭い小型スピーカーシステムではダンパーやエッジを柔らかくすることには限度がある。この限度が、従来の設計法方によるダンパーの弾性を強くすることによる図2の振動振幅の超低音領域の頭打ちである。ボイスコイルの振動振幅を知ることができれば、信号処理側で信号の低音強度に応じて低音域のダイナミックレンジの制御が可能となることから、ダンパーの弾性を柔らかくすることが可能となる。
以上は公知である。
FIG. 2 shows the difference between the voltage output power amplifier and the current output power amplifier having the vibration amplitude of the voice coil. The frequency range of the displacement measuring instrument used to measure this characteristic is from 20 Hz to 500 Hz.
FIG. 2 shows that the speaker system has a significantly different vibration amplitude in the low frequency range between the current output power amplifier and the voltage output power amplifier. These characteristics, including FIG. 1, show that the current output power amplifier is more excellent in both low sound reproduction characteristics and high sound characteristics than the voltage output power amplifier.
However, since the vibration amplitude increases as the reproduction frequency shifts toward a lower frequency range, there is a limit to softening the damper and the edge in a small speaker system having a narrow dynamic range. This limit is the plateau in the ultra-low sound range of the vibration amplitude in FIG. 2 by increasing the elasticity of the damper according to the conventional design method. If the vibration amplitude of the voice coil can be known, the dynamic range of the low frequency range can be controlled on the signal processing side according to the low sound intensity of the signal, so that the elasticity of the damper can be softened.
The above is known.
背景技術その3、ボイスコイルの温度について。
スピーカーシステムの許容定格電力は、保証する最大環境温度と、ボイスコイルの許容温度上昇で決まる。これは、ボイスコイルの電力損失とコイルとボビンの熱容量とボビンの放熱条件に依存する。さらに、ボイスコイルの放熱条件は一般的に、ボイスコイルの振動振幅にも依存することから、低音域と高音域では放熱条件が異なる。信号が高音域だけの場合、ボイスコイルの振動振幅が極めて小さくなり、結果、ボイスコイル付近の空気流による冷却効果が極度に低下する。スピーカーシステムの用途と種類と使用条件によってはこのことも考慮されなければならない。
以上は公知である。
Background art 3, voice coil temperature.
The allowable rated power of the speaker system is determined by the guaranteed maximum environmental temperature and the allowable temperature rise of the voice coil. This depends on the power loss of the voice coil, the heat capacity of the coil and the bobbin, and the heat radiation condition of the bobbin. Further, since the heat radiation condition of the voice coil generally depends on the vibration amplitude of the voice coil, the heat radiation condition is different between the low frequency range and the high frequency range. When the signal is only in the high frequency range, the vibration amplitude of the voice coil becomes extremely small, and as a result, the cooling effect by the airflow near the voice coil is extremely reduced. This must be taken into account depending on the purpose and type of speaker system and the conditions of use.
The above is known.
背景技術その4、信号処理について、
一般のコンシューマ商品の音響信号処理は、限られたDSP資源の下に、必要最小限のサイズの機能が組み込まれる。しかし、例えば低音再生性能と高音再生性能の双方の改善に必要な資材のコストはDSP資源のコストに比べ充分高い。従って、数十MPS程度の追加のDSP資源に必要な信号処理に要するコストアップは大きな負担にはならない。しかも、DSPはパワアンプのラインアップと同様、多種多様が市場で販売されていることから、信号処理に関してはどれを選択するかの課題だけである。
特に、スピーカーシステムの現状を超える高性能化への設計行程のリスクの見積もりは難しい。
Background Art No. 4 Regarding signal processing
Acoustic signal processing of general consumer products incorporates functions of the minimum necessary size under limited DSP resources. However, the cost of materials necessary for improving both bass reproduction performance and treble reproduction performance is sufficiently higher than the cost of DSP resources. Therefore, the increase in cost required for signal processing required for additional DSP resources of about several tens of MPS does not become a large burden. In addition, as with the lineup of power amplifiers, there are many different types of DSPs on the market, so the only issue with signal processing is the choice.
In particular, it is difficult to estimate the risk of the design process for improving the performance of the speaker system beyond the current state.
背景技術その5、
与えられた特定の周波数特性を、一次と二次のフィルターで近似させる手法は極めて一般に用いられている。通常の音響再生系の場合、位相特性は実用上さして重要ではないことから、位相特性を無視し、ゲイン特性だけに照準を合わすことで必要充分に近似できる。
図4は、この近似に必要な8個の二次フィルターのそれぞれの特性とゲインと位相の総合特性を示す。これらのフィルターの調整はゲイン特性だけに着目し、位相特性については無視している。
Background technology 5,
A technique of approximating a given specific frequency characteristic with first-order and second-order filters is very generally used. In the case of a normal sound reproducing system, the phase characteristics are not important in practical use, so that it is possible to sufficiently approximate the phase characteristics by ignoring the phase characteristics and aiming at only the gain characteristics.
FIG. 4 shows the respective characteristics of the eight secondary filters necessary for this approximation and the overall characteristics of gain and phase. The adjustment of these filters focuses only on the gain characteristics and ignores the phase characteristics.
背景技術その6、
図1と図2の供試のスピーカーのボイスコイルの純抵抗の実測値は 6.84オーム、
440Hz の信号による電流値と電圧値の実測値の比であるインピーダンスの絶対値は
6.6オームである。両者の違いは 3.5% である。即ち、インピーダンスの極小点かまたはアドミタンスの極大点におけるスピーカーシステムのインピーダンスはボイスコイルの純抵抗にほぼ等しい。このことは、スピーカーシステムへの供給電流と供給電圧の測定値からボイスコイルの純抵抗の測定を必要充分な精度で得られることの裏付である。
Background technology 6,
The actual measured value of the pure resistance of the voice coil of the speaker under test in FIGS. 1 and 2 is 6.84 ohms,
The absolute value of the impedance, which is the ratio of the actual value of the current value to the voltage value of a 440 Hz signal, is
6.6 ohms. The difference is 3.5%. That is, the impedance of the speaker system at the minimum point of impedance or the maximum point of admittance is approximately equal to the pure resistance of the voice coil. This proves that the measurement of the pure resistance of the voice coil can be obtained with necessary and sufficient accuracy from the measured values of the supply current and the supply voltage to the speaker system.
背景技術その7、
図1と図2の供試のスピーカーに、
室温26度C の環境での 440Hz におけるボイスコイルのインピーダンスの実測値が
6.6オームである。温度上昇の見積もりに際し、抵抗温度係数を 1.0035/度 とする。
4000Hz 0.5A の電流を流し、10分後の、440Hz におけるボイスコイルのインピーダンスの実測値が 8.4オームであった。このことからボイスコイルの温度上昇値は 78度C と見積もることができる。
80Hz 0.5A の電流を流し、10分後の、440Hz におけるボイスコイルのインピーダンスの実測値が 7.1オームであった。このことからボイスコイルの温度上昇値は 22度C と見積もることができる。
同じ 0.5A の電流につきボイスコイルの双方の熱損失は同じと見なすことができるので、両者の違いは、ボイスコイルの振動によって生じる空気流放熱条件の違いによる、と断定できる。
使われているボイスコイルの抵抗の温度特性が既知であることから、ボイスコイルの温度または温度上昇を請求項2に記述の方法で測定することができる。
Background art 7,
For the test speaker shown in Figs. 1 and 2,
The measured value of the impedance of the voice coil at 440 Hz in an environment of room temperature 26 ° C is
6.6 ohms. In estimating the temperature rise, the temperature coefficient of resistance shall be 1.0035 / degree.
A current of 4000 Hz and 0.5 A was applied, and the measured value of the impedance of the voice coil at 440 Hz after 10 minutes was 8.4 ohms. From this, the temperature rise of the voice coil can be estimated to be 78 ° C.
A current of 80 Hz and 0.5 A was passed, and after 10 minutes, the measured value of the impedance of the voice coil at 440 Hz was 7.1 ohms. From this, the temperature rise of the voice coil can be estimated to be 22 ° C.
Since the heat loss of both voice coils can be considered to be the same for the same 0.5 A current, it can be concluded that the difference between the two is due to the difference in air flow heat radiation conditions caused by the voice coil vibration.
Since the temperature characteristic of the resistance of the voice coil used is known, the temperature or temperature rise of the voice coil can be measured by the method described in claim 2.
特許文献は背景技術に記述。 Patent literature is described in the background art.
小型化、高性能化、軽量化が進むスピーカーシステムにおいて、要望のコストとサイズの条件の下に、信頼度の確保の上、重要な評価項目の総合的な最大化が必要である。
例えば、
In a speaker system that is becoming smaller, higher in performance and lighter in weight, it is necessary to comprehensively maximize important evaluation items in order to ensure reliability under conditions of desired cost and size.
For example,
課題その1
小型化や軽量化に対して、総じて低音再生能力が顕著に低下する。
Assignment 1
As a result of the miniaturization and the weight reduction, the bass reproduction ability generally decreases remarkably.
課題その2
低音再生性能を上げようとすると、総じて高音再生性能が低下する。
Assignment 2
Attempts to increase bass reproduction performance generally degrade treble reproduction performance.
具体的には、
課題その3
インピーダンス増大帯域でのボイスコイルの振動振幅が大きくなり、この帯域での音響出力が増える。低インピーダンス出力のアンプでこの周波数帯域を駆動すると、インピーダンスが大きくなった分、スピーカーシステムに流れる電流は減少する。通常のスピーカー駆動用のパワアンプは低インピーダンス出力であり、この変換効率が上がった帯域でのスピーカーシステムの供給電力はインピーダンスの変化に反比例して少なくなる。
即ち、この周波数帯域では、熱設計の観点からは、スピーカーシステムが持つ能力を使い切っていない。
In particular,
Assignment 3
The vibration amplitude of the voice coil in the impedance increase band increases, and the sound output in this band increases. When this frequency band is driven by an amplifier having a low impedance output, the current flowing through the speaker system decreases as the impedance increases. A power amplifier for driving a normal speaker has a low impedance output, and the power supplied to the speaker system in the band where the conversion efficiency is increased decreases in inverse proportion to the change in impedance.
That is, in this frequency band, the capability of the speaker system is not used up from the viewpoint of thermal design.
課題その4
一般的に、スピーカーユニットは高域で周波数が高くなるにつれインピーダンスが大きくなる。主な原因として、ボイスコイルに起因するインダクタンスがある。このことは、高域周波数帯において音響出力低下の主要因となる。この傾向は低音再生の性能改善とともに顕著になる。高域における公称インピーダンスに対応する最大定格電圧の下でのスピーカーシステムの消費電流は減少する。
結果、ボイスコイルが発生する熱損失は減少する。
即ち、この周波数帯域では、熱設計の観点からは、スピーカーシステムが持つ能力を使い切っていないこととなる。
Assignment 4
Generally, the impedance of a speaker unit increases as the frequency increases in a high frequency range. The main cause is inductance caused by the voice coil. This is a main cause of a decrease in sound output in a high frequency band. This tendency becomes remarkable with the improvement of bass reproduction performance. The current consumption of the loudspeaker system under the maximum rated voltage corresponding to the nominal impedance at high frequencies is reduced.
As a result, the heat loss generated by the voice coil is reduced.
That is, in this frequency band, the capability of the speaker system is not used up from the viewpoint of thermal design.
課題その5
パワアンプの最大定格出力はスピーカーシステムの公称許容電力に合わせて、実働時の双方の最大定格電力がバランスするよう設計される。即ち、低出力インピーダンスのパワアンプの公称最大実効電圧はスピーカーの公称最大定格電力と公称インピーダンスの積の平方根を目安に設計される。スピーカーシステムとパワアンプが一体の場合における再生系の設計の際、このことは、例外なく実施されている。
Assignment 5
The maximum rated output of the power amplifier is designed to balance the maximum rated power of both in operation according to the nominal allowable power of the speaker system. That is, the nominal maximum effective voltage of the low output impedance power amplifier is designed based on the square root of the product of the nominal maximum rated power of the speaker and the nominal impedance. This is implemented without exception when designing a reproduction system in which the speaker system and the power amplifier are integrated.
課題その6
パワアンプを駆動する電源電圧は、最大実効電圧を満足する電圧を目安に決定される。
スピーカーシステムを破損あるいは焼損させるような電源電圧には、決して設計しないのが慣例である。
Assignment 6
The power supply voltage for driving the power amplifier is determined based on a voltage that satisfies the maximum effective voltage.
It is customary to never design a power supply voltage that would damage or burn out the speaker system.
課題その7
許容電力という側面から、スピーカーシステムとパワアンプと電源回路は必要範囲を超えて、不必要なマージンを設けた設計がなされることは、一般的ではない。
Assignment 7
From the aspect of allowable power, it is not general that the speaker system, the power amplifier, and the power supply circuit are designed beyond the necessary range and provided with an unnecessary margin.
課題その8
一般的に、コスト最小限、寸法形状最小限の条件下では、それぞれの評価項目に対応するパラメーター群は常に相反する関係にある。これらの相反する関係にある全てのパラメーターの選択の自由度を広げることが、スピーカーシステムにとって必然である。しかし、既に高い完成度にある今日の状態から大幅に設計自由度を広げることは至難である。
Assignment 8
In general, under the conditions of minimum cost and minimum size and shape, the parameter groups corresponding to the respective evaluation items always have a conflicting relationship. It is imperative for a speaker system to increase the freedom of choice of all these conflicting parameters. However, it is extremely difficult to greatly expand the degree of freedom in design from today's state of perfection.
本案は公知の手法を組み合わせる。与えられた音響再生装置の運転状態において、
電圧、電流、熱損失、温度上昇、振動振幅を計算によって推定し、許容限界を超えないよう精密に制御することで、パワアンプとスピーカーシステムが持つ能力を最大限に引き出す方法に関する。
The present invention combines known techniques. In the given operating state of the sound reproducing device,
The present invention relates to a method for maximizing the capabilities of power amplifiers and speaker systems by estimating voltage, current, heat loss, temperature rise, and vibration amplitude by calculation and precisely controlling them so as not to exceed allowable limits.
手段その1、
環境温度 Qa におけるスピーカーシステムのボイスコイルの抵抗値 Ra を測定。
Means 1,
Measure the resistance value Ra of the voice coil of the speaker system at the ambient temperature Qa.
手段その2、
スピーカーシステムのインピーダンス特性 かまたは アドミタンス特性を測定。
Means 2,
Measure the impedance or admittance characteristics of the speaker system.
手段その3、
スピーカーシステムのインピーダンス特性 かまたは アドミタンス特性を元に、
全周波数帯でスピーカーシステムに最大許容電流を供給できる電圧出力パワアンプの出力電圧を決定。許容電流は 許容電力を {1+KRq*{qmax(t)-Qa}}*Ra*i(t)^2 を目安として決定。Krq はボイスコイルの抵抗温度係数 qmax(t) はボイスコイルの許容温度、
Ra は環境温度 Qa におけるボイスコイルの純抵抗である。
ボイスコイルの抵抗値はボイスコイルの温度によって変動することから、その値は計算上のボイスコイルの温度に依存させて補正を作用させる。例えば、背景技術その7の説明で、4000Hz 0.5A の直流電流を流した場合、ボイスコイルの抵抗は常温の状態に対し 27% 増加する。
Means 3,
Based on the impedance or admittance characteristics of the speaker system,
Determines the output voltage of the voltage output power amplifier that can supply the maximum allowable current to the speaker system in all frequency bands. The allowable current is determined based on the allowable power of {1 + KRq * {qmax (t) -Qa}} * Ra * i (t) ^ 2. Krq is the temperature coefficient of resistance of the voice coil qmax (t) is the allowable temperature of the voice coil,
Ra is the pure resistance of the voice coil at the ambient temperature Qa.
Since the resistance value of the voice coil fluctuates depending on the temperature of the voice coil, the value is corrected depending on the calculated temperature of the voice coil. For example, in the description of the background art No. 7, when a DC current of 4000 Hz and 0.5 A flows, the resistance of the voice coil increases by 27% with respect to a normal temperature state.
手段その4、
Vmax,Imax,Pmax,Qmax,Dmax,Kvmin,Kvmax,Kvmin,Kimax,Kimin,Kpmax,Kpmin,
KRq,Qa,Ra,Kqmax,Kqmin,Kdmax,Kdmin,Tva,Tvr,Tia,Tir,Tpa,Tpr,Tqa,Tqr を決定.
Means 4,
Vmax, Imax, Pmax, Qmax, Dmax, Kvmin, Kvmax, Kvmin, Kimax, Kimin, Kpmax, Kpmin,
Determine KRq, Qa, Ra, Kqmax, Kqmin, Kdmax, Kdmin, Tva, Tvr, Tia, Tir, Tpa, Tpr, Tqa, Tqr.
手段その5、
パワアンプとスピーカーシステムの組み合わせによる G{f,q(t)} と
Y{f,q(t)} を測定。
Means 5,
G {f, q (t)} and the power amplifier and speaker system
Measure Y {f, q (t)}.
手段その6、
再生特性を期待特性とすべく、音質仕上げフィルターの特性 H(f) を決定。
Means 6,
Determine the characteristics H (f) of the sound quality finishing filter to make the reproduction characteristics the expected characteristics.
手段その7、
計算上の、r(t),v(t),i(t),p(t),q(t),d(t) を求める計算機能を構築。
r(t)={1+Krq*{q(t)-Qa}} は計算上のボイスコイルの純抵抗
v(t)=e(t)*K(f)*G{f,q(t)} は計算上のボイスコイルの電圧
i(t)=e(t)*K(f)*Y{f,q(t)} は計算上のボイスコイルの電流
p(t)=r(t)*{i(t)}^2 は計算上のボイスコイルの熱損失
q(t)=r(t)*{i(t)*J(f)}^2*Tq(f) は計算上のボイスコイルの温度上昇
d(t)=e(t)*K(f)*D{f,q(t)} は計算上のボイスコイルの振動振幅
Means 7,
A calculation function for calculating r (t), v (t), i (t), p (t), q (t), and d (t) is constructed.
r (t) = {1 + Krq * {q (t) -Qa}} is the calculated pure resistance of the voice coil
v (t) = e (t) * K (f) * G {f, q (t)} is the calculated voice coil voltage
i (t) = e (t) * K (f) * Y {f, q (t)} is the calculated voice coil current
p (t) = r (t) * {i (t)} ^ 2 is the calculated heat loss of the voice coil
q (t) = r (t) * {i (t) * J (f)} ^ 2 * Tq (f) is the calculated temperature rise of the voice coil
d (t) = e (t) * K (f) * D {f, q (t)} is the calculated vibration amplitude of the voice coil
手段その8、
強度抑制係数、Kv,Ki,Kp,Kq,Kd を求める計算機能を構築。
Kv=Kv{Int{v(t)},Tva,Tvr,Kvmin,Kvmax,Vmax} は電圧強度抑制係数
Ki=Ki{Int{i(t)},Tia,Tir,Kimin,Kimax,Imax} は電流強度抑制係数
Kp=Kp{Int{p(t)},Tpa,Tpr,Kpmin,Kpmax,Pmax} は熱損強度失抑制係数
Kq=Kq{q(t),Kqmin,Kqmax,Qmax} は温度強度抑制係数
Kd=Kd{Int{d(t)},Tda,Tdr,Kdmin,Kdmax,Dmax) は振動振幅強度抑制係数
Means 8,
A calculation function for calculating the strength suppression coefficients, Kv, Ki, Kp, Kq, and Kd has been built.
Kv = Kv {Int {v (t)}, Tva, Tvr, Kvmin, Kvmax, Vmax} are voltage intensity suppression coefficients
Ki = Ki {Int {i (t)}, Tia, Tir, Kimin, Kimax, Imax} is the current intensity suppression coefficient
Kp = Kp {Int {p (t)}, Tpa, Tpr, Kpmin, Kpmax, Pmax} is the heat loss strength loss suppression coefficient
Kq = Kq {q (t), Kqmin, Kqmax, Qmax} is the temperature intensity suppression coefficient
Kd = Kd {Int {d (t)}, Tda, Tdr, Kdmin, Kdmax, Dmax) is the vibration amplitude intensity suppression coefficient
手段その9、
ボイスコイル振動振幅抑制係数LCd{f,Kd} を求める計算機能を構築。
Means 9,
A calculation function for calculating the voice coil vibration amplitude suppression coefficient LCd {f, Kd} is built.
手段その10、
総合抑制係数 K(f)=Kv*Ki*Kp*Kq*LCd{f,Kd} を求める計算機能を構築。
以上の機能を組み合わす。
Means 10,
The calculation function to calculate the total suppression coefficient K (f) = Kv * Ki * Kp * Kq * LCd {f, Kd} is built.
Combine the above functions.
効果その1、
小型スピーカーシステムの潜在能力を安全圏の範囲内で最大限引き出すことができる。
効果その2、
エージングテストの工程で、計算値ではあるが、ボイスコイルの電圧、電流、電力、温度、振動振幅 の状態を正確にモニターできることから、信頼性設計の客観性を高めることができる。
効果その3、
製品の販売途中に故障や品質などの問題が発生した場合、電圧、電流、電力、温度、振動振幅の許容限度の設定値を変更することによって素早く対応できる。
効果その4、
製品の生産途中に素材や形状の変更などの問題が発生した場合、電圧、電流、電力、温度、振動振幅の許容限度の設定値を変更することによって素早く対応できる。
Effect 1,
The potential of the small speaker system can be maximized within the safe area.
Effect 2,
Although it is a calculated value in the aging test process, the voltage, current, power, temperature, and vibration amplitude status of the voice coil can be accurately monitored, thereby improving the objectivity of the reliability design.
Effect 3
If a problem such as failure or quality occurs during the sale of a product, it can be quickly responded by changing the set values of allowable limits of voltage, current, power, temperature, and vibration amplitude.
Effect 4
If a problem such as a change in the material or shape occurs during the production of a product, it can be quickly responded by changing the set values of the allowable limits of voltage, current, power, temperature, and vibration amplitude.
その1、各種計算機能を音響信号処理プロセッサのプログラムに組み込む。
その2、各部の動作状況のモニターとパラメーターの書き換え機能を持つGUIを作る。
その3、各種パラメーター設計手順書を作る
その4、測定がやや面倒な、あるいは、測定の習慣がない主要パラメーターの自動測定ができて、ターゲット再生装置とデータ通信接続できる装置を作る。
その5、プロセッサに組み込む全プログラムの基本ソースプログラムを提供。
First, various calculation functions are incorporated into the program of the acoustic signal processor.
2. Create a GUI that monitors the operation status of each part and has a function to rewrite parameters.
Part 3. Create a parameter design procedure manual Part 4. Create a device that can automatically measure key parameters that are a little cumbersome or have no measurement habit, and that can be connected to the target playback device by data communication.
5. Provide basic source programs for all programs to be incorporated into the processor.
その1、小型スピーカーシステムを使った再生装置の最大効果を得るための設計の標準化
その2、特に、共振体を持つスピーカーシステムを使った再生装置の最大効果を得るための設計の標準化
その3、再生装置の設計工程の事務化による製品開発工程の短縮
その4、スピーカーユニットの運転状況の掌握を可能とする、信頼性設計の標準化
その5、計算による推定値ではあるが、ボイスコイルの現在温度を掌握できる。
その6.一連の信号処理プログラムのソースコードのIP化
1. Standardization of the design for obtaining the maximum effect of the reproduction device using the small speaker system. 2. Especially, the standardization of the design for obtaining the maximum effect of the reproduction device using the speaker system having the resonator. Shortening the product development process by making the design process of the playback device work part 4. Standardization of reliability design that enables the operator to grasp the operation status of the speaker unit. Part 5. The current temperature of the voice coil, although it is an estimated value by calculation. Can control.
Part 6. IP conversion of source code for a series of signal processing programs
図1は、供試品のスピーカーシステムのインピーダンス特性と電圧出力パワアンプと電流出力パワアンプによる再生特性の違いの説明図である。
背景技術の項に説明のとおり。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the difference between the impedance characteristics of a speaker system of a test sample and the reproduction characteristics of a voltage output power amplifier and a current output power amplifier.
As described in the background art section.
図2は、供試品のスピーカーシステムのインピーダンス特性と電圧出力パワアンプと電流出力パワアンプによるボイスコイルの振動振幅周波数特性の違いの説明図である。
背景技術の項に説明のとおり。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the difference between the impedance characteristics of the speaker system of the test sample and the vibration amplitude frequency characteristics of the voice coil between the voltage output power amplifier and the current output power amplifier.
As described in the background art section.
図3は、与えられた周波数特性を8個の二次フィルターで近似する例の説明図である。
背景技術の項に説明のとおり。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an example in which a given frequency characteristic is approximated by eight secondary filters.
As described in the background art section.
図4は、そのフィルターの総合ゲイン特性と総合位相特性の説明図である。
背景技術の項に説明のとおり。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the overall gain characteristics and overall phase characteristics of the filter.
As described in the background art section.
図5は、本案の請求項1の説明のためのブロック図である。
詳細は請求項で記述のとおりであり、以下は請求項の補足説明である。
s(t) は再生信号、Tone Conditioning は再生システム全体の音質を整える音質仕上げフィルター、Intensity Conditioning は電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅、を総合的に抑制する係数器と低域遮断フィルター、Power Amp はパワアンプ、
Speaker System はスピーカーシステム Seting Parameters は本案のシステムを機能させるに必要な設計的に決定されるパラメーター、Signal Estimation はボイスコイルの純抵抗、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅、の瞬時値を計算で求める機能、Intensity Detection は、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅の計算値を元に、それぞれのファクターの許容限界値の制御に必要な制御変数を計算する機能、である。
制御に必要な計算式とパラメーターは設計的に決定される。
FIG. 5 is a block diagram for explaining claim 1 of the present invention.
The details are as described in the claims, and the following is a supplementary explanation of the claims.
s (t) is a playback signal, Tone Conditioning is a sound quality finishing filter that adjusts the sound quality of the entire playback system, and Intensity Conditioning is a coefficient unit and low-frequency cutoff filter that comprehensively suppresses voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude. , Power Amp is a power amplifier,
Speaker System is the speaker system Seting Parameters are the parameters determined by design required for the function of the proposed system to function, and Signal Estimation is the instantaneous value of the voice coil's pure resistance, voltage, current, heat loss, temperature, vibration amplitude, etc. Intensity Detection is a function that calculates the control variables required to control the allowable limit of each factor based on the calculated values of voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude.
Formulas and parameters required for control are determined by design.
ボイスコイルの電圧またはパワアンプ出力電圧の抑制機能は、パワアンプの出力が飽和しないよう、電圧の振幅が許容値以下に収まるべく Kv で制御する。本案の本質とするところは、信号処理系統の内部での振幅抑制ではなく再生装置全体の運転状況の一部としての電圧抑制である。 The function of suppressing the voltage of the voice coil or the output voltage of the power amplifier is controlled by Kv so that the amplitude of the voltage does not exceed the allowable value so that the output of the power amplifier does not saturate. The essence of the present invention is not voltage suppression inside the signal processing system but voltage suppression as a part of the operation state of the entire reproduction apparatus.
ボイスコイルの電流またはパワアンプ出力電流の抑制機能は電流が許容値以下に収まるよう Ki で制御する。本案の本質とするところは、信号処理系統の内部での振幅抑制ではなく、再生装置全体の運転状況の一部としての電流抑制である。 The voice coil current or power amplifier output current suppression function is controlled by Ki so that the current stays below the allowable value. The essence of the present invention is not the suppression of the amplitude inside the signal processing system, but the suppression of the current as a part of the operation state of the entire reproducing apparatus.
ボイスコイルの消費電力が許容値以下に収まるよう Kp で制御する。
ボイスコイルの温度 または温度上昇 が許容値以下に収まるよう Kq で制御する。
Kp is controlled so that the power consumption of the voice coil falls below the allowable value.
Kq is controlled so that the temperature or temperature rise of the voice coil stays below the allowable value.
ボイスコイルの振動振幅 が許容値以下に収まるよう Kd で制御する。
ボイスコイルの振動振幅の抑制は、信号の大きさを制御するのではなく、低域遮断フィルターを機能させ、周波数の低い方に大きく作用する。強力な低音信号が録音されている楽曲は少なくない。しかし、通常のさして大きくない信号レベルでのリスニングでは低音域をできる範囲で最大限に再生できることが望ましい。このような理由により、低音遮断フィルター LCd{f,Kd} の遮断周波数の制御による振動振幅抑制が有効である。
いずれの抑制係数も優先準位はなく、許容限界を超えようとしたファクターから、
K(f)=Kv*Ki*Kp*Kq*LCd{f,Kd} の計算によって抑制が作用する。
Vmax,Imax,Pmax,Qmax,Dmax はパワアンプとスピーカーシステムが持つそれぞれの許容限界値を基準に、商品の企画や信頼性設計の方針に基づき設計的に決定される。
Kvmin,Kvmax,Kimin,Kimax,Kpmin,Kpmax,Kqmin,Kqmax はそれぞれ、
Vmax,Imax,Pmax,Qmax,Dmax に従属して設計的に決定される。
Kd is controlled so that the vibration amplitude of the voice coil falls below the allowable value.
The suppression of the vibration amplitude of the voice coil does not control the magnitude of the signal, but causes the low-frequency cutoff filter to function and has a large effect on the lower frequency. Many songs have strong bass signals recorded. However, in normal listening at a signal level that is not so large, it is desirable to be able to reproduce to the maximum extent possible in the low frequency range. For this reason, it is effective to suppress the vibration amplitude by controlling the cutoff frequency of the bass cutoff filter LCd {f, Kd}.
There is no priority level for any of the suppression factors, and the factors that try to exceed
Suppression works by calculating K (f) = Kv * Ki * Kp * Kq * LCd {f, Kd}.
Vmax, Imax, Pmax, Qmax, and Dmax are determined in design based on the permissible limit values of the power amplifier and the speaker system, based on product planning and reliability design policies.
Kvmin, Kvmax, Kimin, Kimax, Kpmin, Kpmax, Kqmin, Kqmax are
It is designed and determined depending on Vmax, Imax, Pmax, Qmax, and Dmax.
Tva,Tvr,Tia,Tir,Tpa,Tpr,Tda,Tdr はそれぞれ、抑制する信号の性質により設計的に決定される。
一般的に、高速アタックタイムと低速レリースタイムの時定数が聴感上適切である。
アタックタイムの参考例として、以下の値が目安である。
Tva が約10msec 以下、過電圧による飽和から生じる混変調歪みが聴感に敏感である。
Tia が約100msec 以下、短時間の過電流は聴感に敏感でない。
Tpa が約1sec 以下、ボイスコイルに熱容量があって短時間の過電力は問題ない。
Tda が約10msec 以下、スピーカーシステムの過振幅は混変調歪みとして聴感に敏感である。
Tvr,Tir,Tpr,Tdr はそれぞれ 1.5sec から 30sec が目安である。
抑制機能の副産物であるゲイン変化の聴感上の違和感を最小限に抑える必要がある。
複数の抑制機能の時定数を高速低速とに役割を分担させることで、このい違和感を軽減できる。例えば、電圧抑制を高速に、電流抑制を低速とする。さらに、一つの抑制機能に高速と低速の二種類を作用させることで、この違和感を大幅に軽減できる。
Tva, Tvr, Tia, Tir, Tpa, Tpr, Tda, and Tdr are each determined by design according to the nature of the signal to be suppressed.
In general, the time constants of the fast attack time and the slow release time are appropriate for hearing.
The following values are guidelines as reference examples of attack time.
When Tva is less than about 10 msec, intermodulation distortion caused by saturation due to overvoltage is sensitive to hearing.
When Tia is less than about 100msec, short-time overcurrent is not sensitive to hearing.
When Tpa is less than about 1sec, the voice coil has heat capacity and short-time overpower is not a problem.
When Tda is about 10msec or less, the over-amplitude of the speaker system is sensitive to hearing as intermodulation distortion.
The standard for Tvr, Tir, Tpr, and Tdr is 1.5 to 30 seconds each.
It is necessary to minimize the uncomfortable feeling of the gain change, which is a by-product of the suppression function.
By assigning the time constants of the plurality of suppression functions to high speed and low speed, the uncomfortable feeling can be reduced. For example, voltage suppression is set to high speed, and current suppression is set to low speed. Furthermore, by applying two types of high speed and low speed to one suppression function, this uncomfortable feeling can be greatly reduced.
温度上昇 q(t) の検出は熱容量と放熱条件に依存して厳密には複雑な非線形を含む計算モデルを必要とする。しかし、実用的には実測値を基に簡単な線形計算モデルで充分に機能する。
Jq(f) は温度上昇の周波数特性の強度の平方根の特性を一次と二次のフィルターの組み合わせでモデル化できる。
Tq(f) は、熱時定数の大きい放熱条件の特性である。温度上昇の時間経過の特性をインパルス応答特性を積分核とし、時間とともに変化する熱損失とのコンボリューション積分によってボイスコイルの温度を計算することもできる。
具体的な計算式は設計的に決定される。
温度上昇の基準となるボイスコイルの熱損失の計算には、ボイスコイルの純抵抗の温度上昇の影響を考慮した計算モデルを使うことで、熱損失と温度の関係が、過渡特性も含め実用上充分な精度で計算できる。
The detection of the temperature rise q (t) requires a calculation model that includes strictly complicated nonlinearities depending on the heat capacity and heat radiation conditions. However, in practice, a simple linear calculation model based on actual measurement values works well.
Jq (f) can model the square root of the intensity of the frequency characteristic of the temperature rise with a combination of first and second order filters.
Tq (f) is a characteristic under a heat radiation condition having a large thermal time constant. The temperature of the voice coil can be calculated by convolution integration with time-varying heat loss using the characteristic of the time lapse of the temperature rise as the integration nucleus of the impulse response characteristic.
The specific calculation formula is determined by design.
The calculation of the heat loss of the voice coil, which is the reference for temperature rise, uses a calculation model that takes into account the effect of the temperature rise of the voice coil's pure resistance. It can be calculated with sufficient accuracy.
Int{v(t)},Int{i(t)},Int{p(t)},Int{d(t)} はそれぞれ、電圧強度、電流強度、
熱損失強度、振動振幅強度 である。
それぞれの強度の計算方手順は設計的に決定される。
瞬時値の最大値の検出が必要なことから、
v(t),i(t),p(t),d(t) の絶対値の最大値を使う。
Int {v (t)}, Int {i (t)}, Int {p (t)}, Int {d (t)} are voltage strength, current strength,
Heat loss intensity and vibration amplitude intensity.
The procedure for calculating each strength is determined by design.
Since it is necessary to detect the maximum instantaneous value,
Use the maximum absolute value of v (t), i (t), p (t), d (t).
図6は、図5の Seting Parameters の主要パラメーターを自動計測と計算で得る機能を持つ計測装置の説明図である。
近年、小型スピーカーシステムのパワアンプのほとんどが平衡出力となっていることから電圧検出の部分は平衡型としている。誤差無く測定できれば不平衡型でもさし支えない。rs は電流検出用の微少抵抗値の電流検出抵抗器である。rs の両端の差電圧を検出することにより、ボイスコイルへの供給電流を測定することができる。
ボイスコイルの抵抗値が 4オームの場合、 rs の抵抗値は 0.1オームで必要な測定ができる。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a measuring device having a function of obtaining main parameters of the setting parameters of FIG. 5 by automatic measurement and calculation.
In recent years, since most power amplifiers of small speaker systems have balanced outputs, the voltage detection portion is of a balanced type. An unbalanced type is acceptable as long as it can be measured without errors. rs is a current detection resistor having a small resistance value for current detection. By detecting the differential voltage across rs, the current supplied to the voice coil can be measured.
If the resistance of the voice coil is 4 ohms, the required value of rs can be 0.1 ohms for the required measurement.
DS はボイスコイルの変位を測定する。
振動振幅の特性測定に、ホワイトノイズやM系列のランダム信号または正弦波をスイープさせる信号を用いる。
この信号を パワアンプに供給するか、または、入力端子から測定用信号を供給し、
H(f) と k(f) を恒常的に 1 とすることでも測定できる。
DS measures the displacement of the voice coil.
For measuring the characteristics of the vibration amplitude, a white noise, an M-sequence random signal, or a signal that sweeps a sine wave is used.
Supply this signal to the power amplifier, or supply the measurement signal from the input terminal,
It can also be measured by setting H (f) and k (f) to 1 constantly.
G{f,q(t)} は、ボイスコイルの両端電圧信号を高速フーリエ変換した信号を、
測定用信号を高速フーリエ変換した信号で除算することで得ることができる。
Y{f,KRq,R,q(t)} は、は、ボイスコイルの電流信号を高速フーリエ変換した信号を、
測定用信号を高速フーリエ変換した信号で除算することで、得られる。
G{f},Y(f) 双方とも位相情報は重要でないことから無視できる。従って大きさだけを算出することで充分である。G{},Y{} の、ボイスコイルの温度上昇 q(t) の影響を反映した計算式は、精密に連続的に表現された計算式である必要はない。
実用的に必要充分なサンプル数の温度 q(t) のにおける G{f},Y{f} の実測値の絶対値を利用することで実用上、隣り合うサンプルの間は補完により充分な精度の装置を具現化できる。
G {f, q (t)} is a signal obtained by performing a fast Fourier transform of the voltage signal across the voice coil,
It can be obtained by dividing the measurement signal by the signal subjected to the fast Fourier transform.
Y {f, KRq, R, q (t)} is a signal obtained by subjecting the current signal of the voice coil to a fast Fourier transform,
It is obtained by dividing the measurement signal by the signal subjected to the fast Fourier transform.
In both G {f} and Y (f), the phase information is insignificant and can be ignored. Therefore, it is sufficient to calculate only the size. The calculation formulas reflecting the effect of the temperature rise q (t) of the voice coil of G {}, Y {} need not be a calculation formula expressed precisely and continuously.
By using the absolute value of the actual measurement value of G {f}, Y {f} at the temperature q (t) of a practically necessary and sufficient number of samples, sufficient accuracy is obtained by complementation between adjacent samples in practical use. Device can be realized.
R は、ABS{G(f,q(t))/Y{f,q(t)}} の極小値 Fzmin を R の値とする。
極小点 Fzmin が複数存在することもあるがこの場合、
極小点における ABS{G(f,q(t))/Y{f,q(t)}} の最小値を選択する。
通常のスピーカーの Fzmin は 40Hz から 200Hz の間に存在する。
R is the minimum value Fzmin of ABS {G (f, q (t)) / Y {f, q (t)}}.
There may be multiple minimum points Fzmin. In this case,
Select the minimum value of ABS {G (f, q (t)) / Y {f, q (t)}} at the minimum point.
The normal speaker Fzmin lies between 40Hz and 200Hz.
D{f,KRq,R,q(t)} は、ボイスコイルの振動振幅を高速フーリエ変換した信号を、
テスト信号を高速フーリエ変換した信号で除算することで、得られる。
ボイスコイルの振動振幅もボイスコイルの温度を基準とする各部品の影響を受ける。
D{} の、ボイスコイルの温度上昇 q(t) の影響を反映した計算式は、精密に連続的に表現された計算式である必要はない。
実用的に必要充分なサンプル数の温度 q(t) のにおける D{f,Kd} の実測値の絶対値を利用することで実用上、充分な精度の装置を具現化できる。
D {f, KRq, R, q (t)} is a signal obtained by performing a fast Fourier transform of the vibration amplitude of the voice coil,
It is obtained by dividing the test signal by the signal subjected to the fast Fourier transform.
The vibration amplitude of the voice coil is also affected by each component based on the temperature of the voice coil.
The calculation formula reflecting the effect of the temperature rise q (t) of the voice coil of D {} does not need to be a calculation formula accurately and continuously expressed.
By using the absolute value of the measured value of D {f, Kd} at a temperature q (t) of a practically necessary and sufficient number of samples, a device with practically sufficient accuracy can be realized.
Jq(f) はサンプリング周波数の信号でボイスコイルに一定電流を流した場合の、サンプリング周波数ごとの温度または温度上昇値の周波数特性の大きさの平方根の周波数特性である。平方根である理由は その後の行程の計算で ボイスコイルの温度上昇の元になる電力を r(t)*{i(t)*Jq(f)}^2 としていることによる。
ボイスコイルの温度上昇がボイスコイルの振動振幅にも依存することから、温度上昇のボイスコイル電流の周波数にも依存することによる。原理的には Jp(f) は電流の補正係数ではないが、簡素化されたこの計算によっても実用上充分な精度が得られる。
Jq (f) is the frequency characteristic of the square root of the magnitude of the frequency characteristic of the temperature or the temperature rise value for each sampling frequency when a constant current is applied to the voice coil with the signal of the sampling frequency. The reason for the square root is that the power that causes the temperature rise of the voice coil in the subsequent calculation is r (t) * {i (t) * Jq (f)} ^ 2.
Because the temperature rise of the voice coil also depends on the vibration amplitude of the voice coil, the temperature rise also depends on the frequency of the voice coil current. In principle, Jp (f) is not a correction factor for the current, but this simplified calculation can provide sufficient accuracy for practical use.
Tq(f) はボイスコイルに一定電流を流した場合の温度上昇の時定数である。
温度上昇は熱容量や放熱条件に左右され、分布常数系であることと、必ずしも線形ではないが、線形の集中常数系と見なして計算しても実用上不都合な誤差は発生しない。
Tq (f) is a time constant of temperature rise when a constant current is applied to the voice coil.
The temperature rise depends on the heat capacity and the heat radiation conditions, and is not necessarily a linear system, but is not necessarily linear. However, even if it is calculated as a linear concentrated constant system, no practically inconvenient error occurs.
図7は、再生系が帯域分割されているシステムの説明のためのブロック図である。
請求項5に対応する説明図である。
帯域が4種類のスピーカーシステムによって分割されていて、その内、2種類のスピーカーシステムが1系統のパワアンプに接続されている例を示す。
この系はそれぞれの帯域分割の系統に対し、
共通の入力信号 s(t) と
共通の音質仕上げフィルター H(f) と
共通の総合抑制係数 K(f)=K11(f)*K12(f)*K2(f)*K3(f) を持つ。
K11 は系統11のスピーカーシステム11に対応する抑制係数であって
K11=Kv11*Ki11*Kp11*Kq11*LCq11{f,Kd11} である。
Kv11*Ki11*Kp11*Kq11*LCd11{f,Kd11} は請求項1に記述の Kv,Ki,Kp,Kq,LCd(f,Kd)
に対応するところの、それぞれ、ボイスコイルの電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅の抑制係数である。
Kv11*Ki11*Kp11*Kq11*LCd11{f,Kd11} は Intensity-Detection-11 の出力であって、請求項1の Intensity-Detection に対応する。
Signal-Detection-11 は、請求項1の Intensity-Detection に対応して、ボイスコイルの純抵抗、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅、を算出し、それらの算出値をIntensity-Detection-11 に渡す。
Signal-Detection-11 の入力信号は 請求項1と同様、s(t)*H(f)*K(f) である。
Intensity-Detection-11 と Signal-Detection-11 が必要とするところの、設計的に決定されるパラメーターは、請求項1と同様、あらかじめシステムに組み込まれる。
FIG. 7 is a block diagram for explaining a system in which the reproduction system is divided into bands.
It is explanatory drawing corresponding to Claim 5.
An example is shown in which the band is divided by four types of speaker systems, and two types of speaker systems are connected to one system of power amplifier.
This system, for each band division system,
Has a common input signal s (t), a common sound quality finishing filter H (f), and a common overall suppression coefficient K (f) = K11 (f) * K12 (f) * K2 (f) * K3 (f) .
K11 is a suppression coefficient corresponding to the speaker system 11 of the system 11;
K11 = Kv11 * Ki11 * Kp11 * Kq11 * LCq11 {f, Kd11}.
Kv11 * Ki11 * Kp11 * Kq11 * LCd11 {f, Kd11} is Kv, Ki, Kp, Kq, LCd (f, Kd) described in claim 1.
Respectively correspond to the voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude suppression coefficient of the voice coil.
Kv11 * Ki11 * Kp11 * Kq11 * LCd11 {f, Kd11} is an output of Intensity-Detection-11, and corresponds to Intensity-Detection of Claim 1.
The Signal-Detection-11 calculates the pure resistance, voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude of the voice coil in accordance with the Intensity-Detection of the first aspect, and calculates the calculated values. Pass to 11.
The input signal of Signal-Detection-11 is s (t) * H (f) * K (f) as in claim 1.
The parameters determined by the design, which are required by the Intensity-Detection-11 and the Signal-Detection-11, are preliminarily incorporated into the system as in claim 1.
K12 は系統12のスピーカーシステム12に対応する抑制係数である。
K2 は系統2のスピーカーシステム2に対応する抑制係数である。
K3 は系統3のスピーカーシステム3に対応する抑制係数である。
Intensity-Detection-12,Intensity-Detection-2,Intensity-Detection-3 はそれぞれの分割帯域の抑制係数、
Signal-Detection-12,Signal-Detection-2,Signal-Detection-3 はそれぞれの分割帯域の計算上の検出信号、
Parameter-Set-12,Parameter-Set-2,Parameter-Set-3 はそれぞれの分割帯域の信号検出計算と強度計算に必要なパラメーター群である。
K12 is a suppression coefficient corresponding to the speaker system 12 of the system 12.
K2 is a suppression coefficient corresponding to the speaker system 2 of the system 2.
K3 is a suppression coefficient corresponding to the speaker system 3 of the system 3.
Intensity-Detection-12, Intensity-Detection-2, and Intensity-Detection-3 are suppression coefficients for each subband,
Signal-Detection-12, Signal-Detection-2, Signal-Detection-3 are detection signals in calculation of each divided band,
Parameter-Set-12, Parameter-Set-2, and Parameter-Set-3 are parameters required for signal detection calculation and strength calculation of each divided band.
請求項1の補足説明
本案発明の基本構成である。いずれも公知の複数の手法を用いて小型スピーカーシステムの設計自由度を大幅に広げる方法に関する。
再生装置全体が持つ諸特性から、ボイスコイルの、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅 を計算で算出し、それぞれのファクターの状態を検出し、それぞれのファクターについて許容限界を超えないよう、それぞれのファクターの強度を抑制する。
G{},Y{},D{} それぞれ、ボイスコイルの温度の影響を受ける。特定の温度環境 Qa でのボイスコイルの純抵抗 Ra の実測値はあらかじめ本案に必要なパラメーターとして計算行程に組み入れられている。ボイスコイルの環境温度の情報を外部から与えられたときに、本案による計算で得たボイスコイルの温度を計算できる。
It is a basic configuration of the present invention. All of them relate to a method of greatly increasing the degree of freedom in designing a small speaker system using a plurality of known techniques.
From the characteristics of the entire playback device, calculate the voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude of the voice coil by calculation, detect the state of each factor, and ensure that each factor does not exceed the allowable limit. Suppress the strength of each factor.
G {}, Y {}, D {} are each affected by the temperature of the voice coil. The actual measured value of the voice coil's pure resistance Ra in a specific temperature environment Qa is incorporated in the calculation process as a parameter required for the present invention in advance. When information on the environmental temperature of the voice coil is given from outside, the temperature of the voice coil obtained by the calculation according to the present invention can be calculated.
請求項2の補足説明
請求項1に記述の複雑なパラメーターを設計現場で簡易に間違いなく設定することを可能にする自動パラメーター生成の方法と装置に関する。
ボイスコイルの温度は運転状況に応じて大きく変化し、その結果ボイスコイルの純抵抗が大きく変化する。ボイスコイルの温度を知る、という課題はスピーカーシステムの運転状況を正確に把握することにとって重要である。
ボイスコイルの温度を計算するには、環境ボイスコイルの電流とボイスコイルの純抵抗の値と熱時定数の関係を知る必要がある。さらに、ボイスコイルの振動振幅に依存する放熱条件への影響も考慮されなければならない。動作中のボイスコイルの電圧と電流の測定機能を商品に備えない限り、直接的に運転状況を把握することはできない。
請求項1に記述の温度上昇は、あらかじめ実測したパラメーター群を利用し、設計的に決められた計算式によりボイスコイルの温度 q(t) を推定する。その推定されたボイスコイルの温度を基に、G{f},Y{f},D{f} と そして温度 q(t) そのものも計算式の中に組み入れて算出する。
A second aspect of the present invention relates to a method and apparatus for automatic parameter generation that enables simple and accurate setting of complicated parameters described in the first aspect at a design site.
The temperature of the voice coil greatly changes according to the operating conditions, and as a result, the pure resistance of the voice coil greatly changes. The task of knowing the temperature of the voice coil is important for accurately understanding the operating state of the speaker system.
To calculate the temperature of the voice coil, it is necessary to know the relationship between the current of the environmental voice coil, the value of the pure resistance of the voice coil, and the thermal time constant. In addition, the influence on the heat radiation condition that depends on the vibration amplitude of the voice coil must be considered. Unless the product is equipped with a function of measuring the voltage and current of the operating voice coil, it is not possible to directly grasp the driving situation.
For the temperature rise described in claim 1, the temperature q (t) of the voice coil is estimated by a design formula determined using a parameter group actually measured in advance. Based on the estimated temperature of the voice coil, G {f}, Y {f}, D {f} and the temperature q (t) are also incorporated into the calculation formula and calculated.
パワアンプの出力インピーダンスの特性にもよるが、パワアアンプの入力に対するボイスコイルの電圧と電流はボイスコイルの純抵抗に大きく依存することから、G({f} と Y{f} の計算モデルには ボイスコイルの温度による抵抗変化が反映されていなければならない。これらの計算式に必要なボイスコイルの温度も計算された値であり、そして、計算結果である温度の値が閉ループを形成するところの一連の計算に組み込まれていることから q(t) の計算誤差が原因して、正帰還や負帰還による計算誤差のさらなる増大の懸念がある。請求項2の測定装置は、環境温度とボイスコイルの温度上昇とボイスコイルの温度と、の測定機能をもつことから、請求項1に基づく計算処理全体の誤差を評価することができる。即ち、計算により推定される温度により計算するボイスコイルの電圧と電流の値と実測による電圧と電流の値との間に乖離があるかどうかの検証が可能である。この検証によって、乖離が期待よりも大きい場合、不具合なパラメーターや計算式の再吟味の機会を見いだすことができる。
ボイスコイルの温度上昇による G{f},Y{f},D{f} の値は、温度のサンプル値でもって、離散的に測定し、全てのサンプル温度で得られた結果を再生装置に渡す。
Although the voltage and current of the voice coil with respect to the input of the power amplifier greatly depend on the pure resistance of the voice coil, the calculation model of G ({f} and Y {f} The change in resistance due to coil temperature must be reflected, the temperature of the voice coil required for these formulas is also a calculated value, and a series of results in which the calculated temperature value forms a closed loop. There is a concern that the calculation error due to the positive feedback or the negative feedback may further increase due to the calculation error of q (t) because it is included in the calculation of the ambient temperature. Since the function of measuring the temperature rise of the voice coil and the temperature of the voice coil is provided, it is possible to evaluate the error of the entire calculation processing based on claim 1. That is, the temperature estimated by the calculation. It is possible to verify whether there is a discrepancy between the voltage and current values of the voice coil calculated by the above and the measured voltage and current values.If the discrepancy is larger than expected, And the opportunity to review the formulas.
The values of G {f}, Y {f}, D {f} due to the rise in temperature of the voice coil are measured discretely using sample values of temperature, and the results obtained at all sample temperatures are sent to the playback device. hand over.
請求項3の補足説明
従来の再生装置の設計の場合の、パワアンプ最大出力電圧とスピーカーシステムのインピーダンスの仕様の決定方法に関する。
スピーカーシステムの持つ能力を最大限引き出し、かつ請求項1の手法で常時、安全圏内で運転させることにより、従来の慣習にとらわれず、パワアンプの出力電圧を大幅に大きくする、かまたは、スピーカーシステムのボイスコイルのインピーダンスを大幅に小さくすることができる手法に関する。
A third aspect of the present invention relates to a method of determining the specifications of the maximum output voltage of the power amplifier and the impedance of the speaker system in the case of the design of the conventional reproducing apparatus.
By maximizing the capability of the speaker system and operating it constantly within the safe area according to the method of claim 1, the output voltage of the power amplifier can be greatly increased without being bound by the conventional practice, or the speaker system The present invention relates to a technique capable of significantly reducing the impedance of a voice coil.
請求項4の補足説明
請求項1に記述の r(t) と q(t) の計算行程に i(t) の計算を介して、それ自身を含む閉ループを構成していることによるところの、計算誤差の拡大を抑制する機能に関する。
The supplementary explanation of claim 4 is based on the fact that a closed loop including itself is formed in the calculation process of r (t) and q (t) described in claim 1 through the calculation of i (t). It relates to the function of suppressing the expansion of calculation errors.
請求項5の補足説明
パワアンプとスピーカーシステムが複数あって帯域分割されている場合の請求項1の応用に関する。帯域ごとの帯域分割のためのフィルターはパワアンプと一体となっている。
スピーカーシステムごとに、パラメーター群とボイスコイルの純抵抗、電圧、電流、
熱損失、温度、振動振幅について、信号検出の計算機能と抑制係数を算出する機能を持つ。複数のスピーカーシステムが一つのパワアンプに接続されている場合は、パワアンプとそれぞれのスピーカーシステムとを組み合わせた状態で、それぞれのスピーカーシステムごとに運転状態を検出し、それぞれの許容値に照らして抑制係数を算出する。
総合抑制係数はスピーカーシステムごとに算出された抑制係数の積である。
全てのパワアンプの入力は共通であって、その共通信号に、再生システム全体の音質仕上げフィルターと総合抑制係数を作用させ、それぞれのパワアンプに供給する。
帯域分割の場合の全ての動作は、請求項1が示す動作に準ずる。
Supplementary explanation of claim 5 The present invention relates to an application of claim 1 in a case where a plurality of power amplifiers and speaker systems are provided and divided into bands. The filter for band division for each band is integrated with the power amplifier.
For each speaker system, parameter group and voice coil pure resistance, voltage, current,
It has a function of calculating signal detection and a function of calculating suppression coefficients for heat loss, temperature, and vibration amplitude. When multiple speaker systems are connected to a single power amplifier, the operating state is detected for each speaker system in a state where the power amplifier and each speaker system are combined, and the suppression coefficient is determined based on each allowable value. Is calculated.
The total suppression coefficient is a product of suppression coefficients calculated for each speaker system.
The inputs of all the power amplifiers are common, and the common signal is subjected to the sound quality finishing filter and the overall suppression coefficient of the entire reproduction system and supplied to the respective power amplifiers.
All operations in the case of band division are based on the operations described in claim 1.
図1
供試品のスピーカーシステムの、
Impedance インピーダンス特性
SPL by Voltage Amplifier 電圧出力パワアンプによる SPL
SPL by Current Amplifier 電流出力パワアンプによる SPL
Figure 1
Of the speaker system under test,
Impedance impedance characteristics
SPL by Voltage Amplifier SPL by voltage output power amplifier
SPL by Current Amplifier SPL by current output power amplifier
図2
供試品のスピーカーシステムの、
Voltage drive Displacement 電圧駆動によるボイスコイルの振動
Current drive Displacement 電流駆動によるボイスコイルの振動
FIG.
Of the speaker system under test,
Voltage drive Displacement Vibration of voice coil by voltage drive
Current drive Displacement Vibration of voice coil by current drive
図3
供試品のスピーカーシステムの、
Admitance アドミタンス特性
By Secondary EQ 8個の二次フィルターによる近似
FIG.
Of the speaker system under test,
Admitance Admittance characteristics
By Secondary EQ Approximation by eight secondary filters
図4
図3の近似特性の、
EQ1,Eq2,,,,,,,EQ12 12個の二次フィルター
Gain 8個の二次フィルターの総合ゲイン特性
Pahse 8個の二次フィルターの総合位相特性
FIG.
The approximation characteristic of FIG.
EQ1, Eq2 ,,,,,,, EQ12 12 secondary filters
Gain Total gain characteristics of eight secondary filters
Pahse Total phase characteristics of eight second-order filters
図5
s(t) 再生信号
Tone Conditioning 音質仕上げ
H(f) 音質仕上げフィルター
e(t) 音質仕上げフィルターの出力
K(f)=Kv*Ki*Kp*Kq*LCd(f,Kd) 総合抑制係数
Power Amp パワアンプ
Speaker System スピーカーシステム
SP スピーカーユニット
Resonance 共振体
e(t)*K(f) パワアンプの入力
Ra ボイスコイルの純抵抗の基準値(環境温度Qaでの)
Qa 環境温度
KRq ボイスコイルの抵抗温度係数
Fzmin ボイスコイルの極小インピーダンス
r(t)={1+KRq*q(t)}*R ボイスコイル温度が補正されたボイスコイルの抵抗値
G{f,q(t)} パワアンプの入力に対するボイスコイルの電圧周波数特性
Y{f,q(t)} パワアンプの入力に対するボイスコイルの電流周波数特性
Jq(f) 信号周波数に依存するボイスコイルの温度を
電流換算で補正する係数
Tq(f) ボイスコイルの熱時定数
D{f,q(t)} パワアンプの入力に対するボイスコイルの振動振幅周波数特性
v(t)=e(t)*K(f)*G{f,q(t)} 計算上のボイスコイルの電圧
i(t)=e(t)*K(f)*Y{f,q(t)} 計算上のボイスコイルの電流
p(t)=r(t)*{i(t)}^2 計算上のボイスコイルの熱損失
q(t)=r(t)*{i(t)*J(f)}^2*Tp(f) 計算上のボイスコイルの温度または温度上昇
d(t)=e(t)*K(f)*D{f,q(t)} 計算上のボイスコイルの振幅振動
Kv=Kv{Int{v(t)},Tva,Tvr,Kvmin,Kvmax,Vmax} 電圧強度抑制係数
Ki=Ki{Int{i(t)},Tia,Tir,Kimin,Kimax,Imax} 電流強度抑制係数
Kp=Kp{Int{p(t)},Tpa,Tpr,Kpmin,Kpmax,Pmax} 熱損強度失抑制係数
Kq=Kq{q(t),Kqmin,Kqmax,Qmax} 温度強度抑制係数
Kd=Kd{Int{d(t)},Tda,Tdr,Kdmin,Kdmax,Dmax) 振動振幅強度抑制係数
Tva,Tvr 電圧強度測定のアタックタイム、レリースタイム
Kvmin,Kvmax,Vmax 電圧強度抑制係数の下限、上限、許容電圧強度
Tia,Tir 電流強度測定のアタックタイム、レリースタイム
Kimin,Kimax,Imax 電流強度抑制係数の下限、上限、許容電流強度
Tpa,Tpr 電力強度測定のアタックタイム、レリースタイム
Kpmin,Kpmax,Pmax 電力強度抑制係数の下限、上限、許容電力強度
Kqmin,Kqmax,Qmax 温度強度抑制係数の下限、上限、許容温度強度
Tda,Tdr 振動振幅強度測定のアタックタイム、レリースタイム
Kdmin,Kdmax,Dmax 振動振幅強度抑制係数の下限、上限、許容振動振幅強度
FIG.
s (t) playback signal
Tone Conditioning sound quality finish
H (f) sound quality finishing filter
e (t) Output of sound quality finishing filter
K (f) = Kv * Ki * Kp * Kq * LCd (f, Kd) Total suppression coefficient
Power Amp Power amplifier
Speaker System Speaker System
SP speaker unit
Resonance resonator
e (t) * K (f) Power amplifier input
Ra Voice coil net resistance reference value (at ambient temperature Qa)
Qa ambient temperature
KRq Voice coil temperature coefficient of resistance
Minimal impedance of Fzmin voice coil
r (t) = {1 + KRq * q (t)} * R Voice coil resistance with corrected voice coil temperature
G {f, q (t)} Voltage frequency characteristics of voice coil to input of power amplifier
Y {f, q (t)} Current frequency characteristics of voice coil for power amplifier input
Jq (f) The temperature of the voice coil that depends on the signal frequency
Coefficient to be corrected by current conversion
Tq (f) Voice coil thermal time constant
D {f, q (t)} Vibration amplitude frequency characteristics of voice coil for power amplifier input
v (t) = e (t) * K (f) * G {f, q (t)} Calculated voice coil voltage
i (t) = e (t) * K (f) * Y {f, q (t)} Calculated voice coil current
p (t) = r (t) * {i (t)} ^ 2 Calculated heat loss of voice coil
q (t) = r (t) * {i (t) * J (f)} ^ 2 * Tp (f) Calculated voice coil temperature or temperature rise
d (t) = e (t) * K (f) * D {f, q (t)} Calculation of amplitude oscillation of voice coil
Kv = Kv {Int {v (t)}, Tva, Tvr, Kvmin, Kvmax, Vmax} Voltage intensity suppression coefficient
Ki = Ki {Int {i (t)}, Tia, Tir, Kimin, Kimax, Imax} Current intensity suppression coefficient
Kp = Kp {Int {p (t)}, Tpa, Tpr, Kpmin, Kpmax, Pmax} Heat loss strength loss suppression coefficient
Kq = Kq {q (t), Kqmin, Kqmax, Qmax} Temperature intensity suppression coefficient
Kd = Kd {Int {d (t)}, Tda, Tdr, Kdmin, Kdmax, Dmax) Vibration amplitude intensity suppression coefficient
Tva, Tvr Attack time and release time for voltage strength measurement
Kvmin, Kvmax, Vmax Lower and upper limits of voltage intensity suppression coefficient, allowable voltage intensity
Tia, Tir Attack time and release time of current intensity measurement
Kimin, Kimax, Imax Lower and upper limits of current intensity suppression coefficient, allowable current intensity
Tpa, Tpr Attack time and release time for power intensity measurement
Kpmin, Kpmax, Pmax Lower and upper limits of power intensity suppression coefficient, allowable power intensity
Kqmin, Kqmax, Qmax Lower and upper limit of temperature intensity suppression coefficient, allowable temperature intensity
Tda, Tdr Attack time and release time of vibration amplitude intensity measurement
Kdmin, Kdmax, Dmax Lower and upper limits of vibration amplitude intensity suppression coefficient, allowable vibration amplitude intensity
図6
Measurement Equipment パラメーター計測ツール
Displacement Sencer ボイスコイル振動振幅センサー
DS 振動振幅センサー
Displacement 振動振幅測定入力
Test Signal 測定用信号出力
Voltage 電圧測定入力
Current 電流測定入力
rs 電流検出用抵抗
Dislacement 振動振幅測定入力
Measurment{G{f,q(t)},Y{f,q(t)},Ra,Qa,Jq(f),Tq(f),D{f,q(t)}}
測定したパラメーター群の出力
FIG.
Measurement Equipment Parameter Measurement Tool
Displacement Sencer Voice coil vibration amplitude sensor
DS vibration amplitude sensor
Displacement Vibration amplitude measurement input
Test Signal Signal output for measurement
Voltage Voltage measurement input
Current Current measurement input
rs Current detection resistor
Dislacement Vibration amplitude measurement input
Measurment {G {f, q (t)}, Y {f, q (t)}, Ra, Qa, Jq (f), Tq (f), D {f, q (t)}}
Output of measured parameters
図7
K11(f),K12(f),K2(f),K3(f) それぞれ、分割帯域別のパワアンプとスピーカー
に対応する帯域別抑制係数
K(f)=K11(f)*K12(f)*K2(f)*K3(f) 総合抑制係数
Power-Amp-1,Power-Amp-2,Power-Amp-3
分割帯域ごとの分割フィルター内蔵のパワアンプ
H1(f),H2(f),H3(f) 分割帯域ごとの分割特性
PA-1,PA-2,PA-3 分割帯域ごとのパワアンプ
Speaker-System-11 分割帯域1の第1のスピーカーシステム
Speaker-System-12 分割帯域1の第2のスピーカーシステム
Speaker-System-2 分割帯域2のスピーカーシステム
Speaker-System-3 分割帯域3のスピーカーシステム
Parameter-set-1,Parameter-set-1,Parameter-set-1
分割帯域ごとのパラメーター群
Signal-Detection-1,Signal-Detection-2,Signal-Detection-3
分割帯域ごとの信号検出
Intensity-Detection-1,Intensity-Detection-2,Intensity-Detection-3
分割帯域ごとの強度検出
FIG.
K11 (f), K12 (f), K2 (f), K3 (f) Power amplifiers and speakers for each divided band
Suppression coefficient for each band corresponding to
K (f) = K11 (f) * K12 (f) * K2 (f) * K3 (f) Overall suppression coefficient
Power-Amp-1, Power-Amp-2, Power-Amp-3
Power amplifier with built-in split filter for each split band
H1 (f), H2 (f), H3 (f) Split characteristics for each split band
PA-1, PA-2, PA-3 Power amplifier for each divided band
Speaker-System-11 1st speaker system with split band 1
Speaker-System-12 Second speaker system with split band 1
Speaker-System-2 Split-band 2 speaker system
Speaker-System-3 Speaker system with 3 split bands
Parameter-set-1, Parameter-set-1, Parameter-set-1
Parameter group for each sub-band
Signal-Detection-1, Signal-Detection-2, Signal-Detection-3
Signal detection for each sub-band
Intensity-Detection-1, Intensity-Detection-2, Intensity-Detection-3
Intensity detection for each sub-band
スピーカーシステムのインピーダンス特性とアドミタンス特性
スピーカーシステムの電力変換効率
スピーカーシステムの低出力インピーダンス駆動方法と高出力インピーダンス駆動方法
高速フーリア変換と逆変換
インパルス応答
コンボリューションまたは畳み込み積分
ボイスコイルの運動
スピーカー消費電力
ボイスコイルの温度
ディジタル音響信号処理
Speaker system impedance and admittance characteristics Power conversion efficiency of speaker system Low output impedance driving method and high output impedance driving method of speaker system Fast Fourier transform and inverse transform Impulse response convolution or convolution integral voice coil Motion speaker power consumption voice coil Temperature Digital Sound Signal Processing
明細書全文で、請求項に記述の用語を用いる。
背景技術その1、スピーカーシステムについて、
図1は請求項1に記述の、本案の検証用として試作したスピーカーシステムが持つ特性の一例である。
供試用のスピーカーシステムは
スピーカーユニットは、公称径70mm 定格電力15W インピーダンス8オーム
2個の共振体は、内容積62.5cm^3 ダイヤフラム窓面積25cm^2 重り40g 、
が、
密閉キャビネット、横130mm 縦94mm 奥行き69mm の外形寸法、厚み4mmの木板
の密内部に組み込まれたものである。
図1中、Impedance は 供試スピーカーシステムのインピーダンス特性である。
120Hz 付近を中心とする緩やかなインピーダンス増大帯域は、共振特性が緩やかになっている。これは、共振体が無い場合の通常 f0 と呼ばれる 200Hz 付近の鋭い山が 共振体の共振特性と結合し、低音側に移動することによる。
この特性は、良好な低音再生特性に作り込む設計工程において重要である。
Throughout the description, the terms used in the claims are used.
Background art No. 1, Speaker system
FIG. 1 shows an example of characteristics of a speaker system prototyped for verification of the present invention described in claim 1.
The speaker system for the test is a speaker unit with a nominal diameter of 70 mm, a rated power of 15 W, an impedance of 8 ohms, and two resonators with an inner volume of 62.5 cm ^ 3, a diaphragm window area of 25 cm ^ 2, a weight of 40 g,
But,
The enclosed cabinet is 130mm in width, 94mm in height and 69mm in depth.
In FIG. 1, Impedance is the impedance characteristic of the speaker system under test.
The resonance characteristic of the gradual impedance increase band centered around 120 Hz is gradual. This is due to the fact that the sharp peak near 200Hz, usually called f0, when there is no resonator, couples with the resonance characteristics of the resonator and moves to the lower frequency side.
This characteristic is important in the design process for producing good bass reproduction characteristics.
このようなスピーカーシステムの設計方法は公知であって、下記の特許文献に記述されている。それぞれの表現方法は異なるものの、振動のメカニズムの本質は類似である。
特願2010-251188 スピーカー装置
特願2011-514324 スピーカー装置
特開2010-097146 吸音構造群及び音響室
特開2010-097145 吸音構造群及び音響室
特開2010-031582 吸音構造群及び音響室
特開2007-336337 スピーカーシステムおよびスピーカーエンクロージャ
以上に記述されるスピーカーシステムの設計方法は低音再生性能の改善に関する。
Methods for designing such a speaker system are known and are described in the following patent documents. Although the expressions are different, the essence of the vibration mechanism is similar.
Japanese Patent Application No. 2010-251188 Loudspeaker device Japanese Patent Application No. 2011-514324 Loudspeaker device JP2010-097146 Sound absorbing structure group and acoustic room JP2010-097145 Sound absorbing structure group and acoustic room JP2010-031582 Sound absorbing structure group and acoustic room 2007 The speaker system and speaker enclosure design method described above relates to improving bass reproduction performance.
背景技術その2、パワアンプについて、
一般的に、音響再生用のパワアンプは電圧出力型である。これは、スピーカーの特性が暗黙のうちに、一定電圧入力による再生特性として定義づけられていることにもよる。
また、f0 と呼ばれる低音共振点付近では強い固有の音色を持つ。電圧出力型のパワアンプのほうが電流出力型よりはこの固有の音色を抑制する。共振点自由振動の抑制はダンピングファクターと呼ばれるところのパラメーターで評価される。
図1のグラクに示すインピーダンス特性の場合、インピーダンスが高い 120Hz 付近の周波数帯域では、電流出力パワアンプの場合の音圧は、電圧出力パワアンプに比べ 約10dB 強い。これは 3倍 の電力の違いに相当する。
以上は公知である。
SPL by Voltage Amplifier は電圧出力パワアンプの場合の音圧特性を示す。
SPL by Current Amplifier は電流出力パワアンプの場合の音圧特性を示す。
双方の特性はインピーダンスが極小値を示す 400Hz 付近でSPLが一致するべく入力信号のレベルを一致させたものである。
Background technology No.2 Power amplifier
Generally, a power amplifier for sound reproduction is of a voltage output type. This is due to the fact that the characteristics of the speaker are implicitly defined as reproduction characteristics with a constant voltage input.
In addition, it has a strong peculiar tone near the bass resonance point called f0. The voltage output type power amplifier suppresses this inherent timbre more than the current output type. The suppression of resonance-point free vibration is evaluated by a parameter called a damping factor.
In the case of the impedance characteristics shown in the graph of FIG. 1, in a frequency band around 120 Hz where the impedance is high, the sound pressure of the current output power amplifier is about 10 dB stronger than that of the voltage output power amplifier. This is equivalent to three times the power difference.
The above is known.
SPL by Voltage Amplifier shows the sound pressure characteristics of a voltage output power amplifier.
SPL by Current Amplifier shows the sound pressure characteristics of a current output power amplifier.
In both characteristics, the level of the input signal is matched so that the SPL matches near 400 Hz at which the impedance shows the minimum value.
高音域では、一般的にスピーカーシステムのインピーダンス特性は周波数にほぼ比例して大きくなる。スピーカーユニットの設計工程では発注先から要求される低音の再生特性と高音の再生特性の双方を満足させなければならない。トレードオフの関係にある双方のファクターについて、常にカットアンドトライの業務がつきまとう。2018年現在の、近年、特に小型スピーカーシステムの高性能化の要望が強く、難しい低音再生の性能改善には様々な試みが成されている。しかし、高音再生を犠牲にすることはできないことから、より簡素な技術で設計自由度を大幅に拡大する手法が望まれている。
電流出力パワアンプを使うことは、設計の自由度を大幅に拡げ、低音再生性能と高音再生性能のトレードオフ関係を大幅に改善する。
In the high frequency range, the impedance characteristic of the speaker system generally increases in proportion to the frequency. In the design process of the speaker unit, it is necessary to satisfy both the bass reproduction characteristics and the treble reproduction characteristics required by the supplier. There is always a cut-and-try task for both factors that have a trade-off relationship. In recent years, as of 2018, in particular, there has been a strong demand for higher performance of small speaker systems, and various attempts have been made to improve the performance of difficult bass reproduction. However, since high-frequency sound reproduction cannot be sacrificed, there is a demand for a method of greatly expanding the degree of freedom in design with a simpler technique.
Using a current output power amplifier greatly expands the degree of freedom in design and greatly improves the trade-off between low-frequency sound reproduction performance and high-frequency sound reproduction performance.
図1の高域特性がその事実を示している。3kHz から 10kHz における出力音圧は、電圧出力パワアンプの場合に対し電流出力パワアンプの場合、インピーダンス特性が
+-2dB の範囲でほぼ比例して大幅に改善される。
但し、電流出力パワアンプを使う場合、下記3点の問題がある。
第1に、パワアンプの電源電圧による制限によって、最大出力電圧の上限が決まる。
しかし、パワアンプの電源電圧を上げることは、ボイスコイルのインピーダンスが小さい帯域で過大入力となる確率が極めて高くなる。従って電源電圧を上げた場合、全帯域での定格出力運転を保証できななくなる。
第2に、ダンピングファクターの問題があって、電流出力パワアンプは採用されない。
第3に、2018年現在には低消費電力、省スペース、低コストが求められる量産商品用のパワアンプの 100% はスイッチング方式の電圧出力パワアンプである。既に高い完成度で安定して実績のある生産現場の現状を変えることは簡単ではない。
The high-frequency characteristic in FIG. 1 shows the fact. The output sound pressure from 3 kHz to 10 kHz is different from that of the voltage output power amplifier in the case of the current output power amplifier because of the impedance characteristic.
There is a significant improvement in proportion in the + 2dB range.
However, when a current output power amplifier is used, there are the following three problems.
First, the upper limit of the maximum output voltage is determined by the limitation by the power supply voltage of the power amplifier.
However, increasing the power supply voltage of the power amplifier extremely increases the probability of excessive input in a band where the impedance of the voice coil is small. Therefore, when the power supply voltage is increased, the rated output operation in all bands cannot be guaranteed.
Second, current output power amplifiers are not employed due to the problem of damping factors.
Third, as of 2018, 100% of power amplifiers for mass-produced products requiring low power consumption, space saving and low cost are switching-type voltage output power amplifiers. It is not easy to change the status quo of production sites that already have a high degree of perfection and a stable track record.
図2は、ボイスコイルの振動振幅の電圧出力パワアンプと電流出力パワアンプの相違を示す。この特性の測定に使った変位測定器の周波数範囲は 20Hz から 500Hz である。
図2 はスピーカーシステムが電流出力パワアンプと電圧出力パワアンプでは低音域における振動振幅が大きく異なることを示す。図1も含め、それらの特性は電流出力パワアンプが電圧出力パワアンプに比べ低音再生特性と高音特性の双方にとって良好であることを示している。
しかし、再生周波数が低域に寄るほど振動振幅は大きくなることから、ダイナミックレンジが狭い小型スピーカーシステムではダンパーやエッジを柔らかくすることには限度がある。この限度が、従来の設計法方によるダンパーの弾性を強くすることによる図2の振動振幅の超低音領域の頭打ちである。ボイスコイルの振動振幅を知ることができれば、信号処理側で信号の低音強度に応じて低音域のダイナミックレンジの制御が可能となることから、ダンパーの弾性を柔らかくすることが可能となる。
以上は公知である。
FIG. 2 shows the difference between the voltage output power amplifier and the current output power amplifier having the vibration amplitude of the voice coil. The frequency range of the displacement measuring instrument used to measure this characteristic is from 20 Hz to 500 Hz.
FIG. 2 shows that the speaker system has a significantly different vibration amplitude in the low frequency range between the current output power amplifier and the voltage output power amplifier. These characteristics, including FIG. 1, show that the current output power amplifier is more excellent in both low sound reproduction characteristics and high sound characteristics than the voltage output power amplifier.
However, since the vibration amplitude increases as the reproduction frequency shifts toward a lower frequency range, there is a limit to softening the damper and the edge in a small speaker system having a narrow dynamic range. This limit is the plateau in the ultra-low sound range of the vibration amplitude in FIG. 2 by increasing the elasticity of the damper according to the conventional design method. If the vibration amplitude of the voice coil can be known, the dynamic range of the low frequency range can be controlled on the signal processing side according to the low sound intensity of the signal, so that the elasticity of the damper can be softened.
The above is known.
背景技術その3、ボイスコイルの温度について。
スピーカーシステムの許容定格電力は、保証する最大環境温度と、ボイスコイルの許容温度で決まる。これは、ボイスコイルの電力損失とコイルとボビンの熱容量とボビンの放熱条件に依存する。さらに、ボイスコイルの放熱条件は一般的に、ボイスコイルの振動振幅にも依存することから、低音域と高音域では放熱条件が異なる。信号が高音域だけの場合、ボイスコイルの振動振幅が極めて小さくなり、結果、ボイスコイル付近の空気流による冷却効果が極度に低下する。スピーカーシステムの用途と種類と使用条件によってはこのことも考慮されなければならない。
以上は公知である。
Background art 3, voice coil temperature.
The allowable rated power of the speaker system is determined by the guaranteed maximum environmental temperature and the allowable temperature of the voice coil. This depends on the power loss of the voice coil, the heat capacity of the coil and the bobbin, and the heat radiation condition of the bobbin. Further, since the heat radiation condition of the voice coil generally depends on the vibration amplitude of the voice coil, the heat radiation condition is different between the low frequency range and the high frequency range. When the signal is only in the high frequency range, the vibration amplitude of the voice coil becomes extremely small, and as a result, the cooling effect by the airflow near the voice coil is extremely reduced. This must be taken into account depending on the purpose and type of speaker system and the conditions of use.
The above is known.
背景技術その4、信号処理について、
一般のコンシューマ商品の音響信号処理は、限られたDSP資源の下に、必要最小限のサイズの機能が組み込まれる。しかし、例えば低音再生性能と高音再生性能の双方の改善に必要な資材のコストはDSP資源のコストに比べ充分高い。従って、数十MPS程度の追加のDSP資源に必要な信号処理に要するコストアップは大きな負担にはならない。しかも、DSPはパワアンプのラインアップと同様、多種多様が市場で販売されていることから、信号処理に関してはどれを選択するかの課題だけである。
特に、スピーカーシステムの現状を超える高性能化への設計行程のリスクの見積もりは難しい。
Background Art No. 4 Regarding signal processing
Acoustic signal processing of general consumer products incorporates functions of the minimum necessary size under limited DSP resources. However, the cost of materials necessary for improving both bass reproduction performance and treble reproduction performance is sufficiently higher than the cost of DSP resources. Therefore, the increase in cost required for signal processing required for additional DSP resources of about several tens of MPS does not become a large burden. In addition, as with the lineup of power amplifiers, there are many different types of DSPs on the market, so the only issue with signal processing is the choice.
In particular, it is difficult to estimate the risk of the design process for improving the performance of the speaker system beyond the current state.
背景技術その5、
与えられた特定の周波数特性を、一次と二次のフィルターで近似させる手法は極めて一般に用いられている。通常の音響再生系の場合、位相特性は実用上さして重要ではないことから、位相特性を無視し、ゲイン特性だけに照準を合わすことで必要充分に近似できる。
図4は、この近似に必要な8個の二次フィルターのそれぞれの特性とゲインと位相の総合特性を示す。これらのフィルターの調整はゲイン特性だけに着目し、位相特性については無視している。
Background technology 5,
A technique of approximating a given specific frequency characteristic with first-order and second-order filters is very generally used. In the case of a normal sound reproducing system, the phase characteristics are not important in practical use, so that it is possible to sufficiently approximate the phase characteristics by ignoring the phase characteristics and aiming at only the gain characteristics.
FIG. 4 shows the respective characteristics of the eight secondary filters necessary for this approximation and the overall characteristics of gain and phase. The adjustment of these filters focuses only on the gain characteristics and ignores the phase characteristics.
背景技術その6、
図1と図2の供試のスピーカーのボイスコイルの純抵抗の実測値は 6.84オーム、
440Hz の信号による電流値と電圧値の実測値の比であるインピーダンスの絶対値は 6.6オームである。両者の違いは 3.5% である。即ち、インピーダンスの極小点かまたはアドミタンスの極大点におけるスピーカーシステムのインピーダンスはボイスコイルの純抵抗にほぼ等しい。このことは、スピーカーシステムへの供給電流と供給電圧の測定値からボイスコイルの純抵抗の測定を必要充分な精度で得られることの裏付である。
Background technology 6,
The actual measured value of the pure resistance of the voice coil of the speaker under test in FIGS. 1 and 2 is 6.84 ohms,
The absolute value of the impedance, which is the ratio of the measured current value to the measured voltage value with a 440 Hz signal, is 6.6 ohms. The difference is 3.5%. That is, the impedance of the speaker system at the minimum point of impedance or the maximum point of admittance is approximately equal to the pure resistance of the voice coil. This proves that the measurement of the pure resistance of the voice coil can be obtained with necessary and sufficient accuracy from the measured values of the supply current and the supply voltage to the speaker system.
背景技術その7、
図1と図2の供試のスピーカーに、
室温26度C の環境での 440Hz におけるボイスコイルのインピーダンスの実測値が 6.6オームである。温度上昇の見積もりに際し、抵抗温度係数を 1.0035/度 とする。
4000Hz 0.5A の電流を流し、10分後の、440Hz におけるボイスコイルのインピーダンスの実測値が 8.4オームであった。このことからボイスコイルの温度上昇値は 78度C と見積もることができる。
80Hz 0.5A の電流を流し、10分後の、440Hz におけるボイスコイルのインピーダンスの実測値が 7.1オームであった。このことからボイスコイルの温度上昇値は 22度C と見積もることができる。
同じ 0.5A の電流につきボイスコイルの双方の熱損失は同じと見なすことができるので、両者の違いは、ボイスコイルの振動によって生じる空気流放熱条件の違いによる、と断定できる。
使われているボイスコイルの抵抗の温度特性が既知であることから、ボイスコイルの温度上昇と温度を請求項2に記述の方法で測定することができる。
Background art 7,
For the test speaker shown in Figs. 1 and 2,
The actual measured value of the impedance of the voice coil at 440 Hz in an environment at room temperature of 26 degrees C is 6.6 ohms. In estimating the temperature rise, the temperature coefficient of resistance shall be 1.0035 / degree.
A current of 4000 Hz and 0.5 A was applied, and the measured value of the impedance of the voice coil at 440 Hz after 10 minutes was 8.4 ohms. From this, the temperature rise of the voice coil can be estimated to be 78 ° C.
A current of 80 Hz and 0.5 A was passed, and after 10 minutes, the measured value of the impedance of the voice coil at 440 Hz was 7.1 ohms. From this, the temperature rise of the voice coil can be estimated to be 22 ° C.
Since the heat loss of both voice coils can be considered to be the same for the same 0.5 A current, it can be concluded that the difference between the two is due to the difference in air flow heat radiation conditions caused by the voice coil vibration.
Since the temperature characteristics of the resistance of the voice coil used are known, the temperature rise and temperature of the voice coil can be measured by the method described in claim 2.
特許文献は背景技術に記述。 Patent literature is described in the background art.
小型化、高性能化、軽量化が進むスピーカーシステムにおいて、要望のコストとサイズの条件の下に、信頼度の確保の上、重要な評価項目の総合的な最大化が必要である。
例えば、
In a speaker system that is becoming smaller, higher in performance and lighter in weight, it is necessary to comprehensively maximize important evaluation items in order to ensure reliability under conditions of desired cost and size.
For example,
課題その1
小型化や軽量化に対して、総じて低音再生能力が顕著に低下する。
Assignment 1
As a result of the miniaturization and the weight reduction, the bass reproduction ability generally decreases remarkably.
課題その2
低音再生性能を上げようとすると、総じて高音再生性能が低下する。
Assignment 2
Attempts to increase bass reproduction performance generally degrade treble reproduction performance.
具体的には、
課題その3
インピーダンス増大帯域でのボイスコイルの振動振幅が大きくなり、この帯域での音響出力が増える。低インピーダンス出力のアンプでこの周波数帯域を駆動すると、インピーダンスが大きくなった分、スピーカーシステムに流れる電流は減少する。通常のスピーカー駆動用のパワアンプは低インピーダンス出力であり、この変換効率が上がった帯域でのスピーカーシステムの供給電力はインピーダンスの変化に反比例して少なくなる。
即ち、この周波数帯域では、熱設計の観点からは、スピーカーシステムが持つ能力を使い切っていない。
In particular,
Assignment 3
The vibration amplitude of the voice coil in the impedance increase band increases, and the sound output in this band increases. When this frequency band is driven by an amplifier having a low impedance output, the current flowing through the speaker system decreases as the impedance increases. A power amplifier for driving a normal speaker has a low impedance output, and the power supplied to the speaker system in the band where the conversion efficiency is increased decreases in inverse proportion to the change in impedance.
That is, in this frequency band, the capability of the speaker system is not used up from the viewpoint of thermal design.
課題その4
一般的に、スピーカーユニットは高域で周波数が高くなるにつれインピーダンスが大きくなる。主な原因として、ボイスコイルに起因するインダクタンスがある。このことは、高域周波数帯において音響出力低下の主要因となる。この傾向は低音再生の性能改善とともに顕著になる。高域における公称インピーダンスに対応する最大定格電圧の下でのスピーカーシステムの消費電流は減少する。
結果、ボイスコイルが発生する熱損失は減少する。
即ち、この周波数帯域では、熱設計の観点からは、スピーカーシステムが持つ能力を使い切っていないこととなる。
Assignment 4
Generally, the impedance of a speaker unit increases as the frequency increases in a high frequency range. The main cause is inductance caused by the voice coil. This is a main cause of a decrease in sound output in a high frequency band. This tendency becomes remarkable with the improvement of bass reproduction performance. The current consumption of the loudspeaker system under the maximum rated voltage corresponding to the nominal impedance at high frequencies is reduced.
As a result, the heat loss generated by the voice coil is reduced.
That is, in this frequency band, the capability of the speaker system is not used up from the viewpoint of thermal design.
課題その5
パワアンプの最大定格出力はスピーカーシステムの公称許容電力に合わせて、実働時の双方の最大定格電力がバランスするよう設計される。即ち、低出力インピーダンスのパワアンプの公称最大実効電圧はスピーカーの公称最大定格電力と公称インピーダンスの積の平方根を目安に設計される。スピーカーシステムとパワアンプが一体の場合における再生系の設計の際、このことは、例外なく実施されている。
Assignment 5
The maximum rated output of the power amplifier is designed to balance the maximum rated power of both in operation according to the nominal allowable power of the speaker system. That is, the nominal maximum effective voltage of the low output impedance power amplifier is designed based on the square root of the product of the nominal maximum rated power of the speaker and the nominal impedance. This is implemented without exception when designing a reproduction system in which the speaker system and the power amplifier are integrated.
課題その6
パワアンプを駆動する電源電圧は、最大実効電圧を満足する電圧を目安に決定される。
スピーカーシステムを破損あるいは焼損させるような電源電圧には、決して設計しないのが慣例である。
Assignment 6
The power supply voltage for driving the power amplifier is determined based on a voltage that satisfies the maximum effective voltage.
It is customary to never design a power supply voltage that would damage or burn out the speaker system.
課題その7
許容電力という側面から、スピーカーシステムとパワアンプと電源回路は必要範囲を超えて、不必要なマージンを設けた設計がなされることは、一般的ではない。
Assignment 7
From the aspect of allowable power, it is not general that the speaker system, the power amplifier, and the power supply circuit are designed beyond the necessary range and provided with an unnecessary margin.
課題その8
一般的に、コスト最小限、寸法形状最小限の条件下では、それぞれの評価項目に対応するパラメーター群は常に相反する関係にある。これらの相反する関係にある全てのパラメーターの選択の自由度を広げることが、スピーカーシステムにとって必然である。しかし、既に高い完成度にある今日の状態から大幅に設計自由度を広げることは至難である。
Assignment 8
In general, under the conditions of minimum cost and minimum size and shape, the parameter groups corresponding to the respective evaluation items always have a conflicting relationship. It is imperative for a speaker system to increase the freedom of choice of all these conflicting parameters. However, it is extremely difficult to greatly expand the degree of freedom in design from today's state of perfection.
本案は公知の手法を組み合わせる。与えられた音響再生装置の運転状態において、ボイスコイルの電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅を計算によって推定し、許容限界を超えないよう精密に制御することで、パワアンプとスピーカーシステムが持つ能力を最大限に引き出す方法に関する。 The present invention combines known techniques. Given the operating state of the sound reproducing device, the voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude of the voice coil are estimated by calculation and precisely controlled so as not to exceed the allowable limit, so that the power amplifier and speaker system have How to get the most out of it.
手段その1、
環境温度 Qa におけるスピーカーシステムのボイスコイルの抵抗値 Ra を測定。
Means 1,
Measure the resistance value Ra of the voice coil of the speaker system at the ambient temperature Qa.
手段その2、
スピーカーシステムのインピーダンス特性 かまたは アドミタンス特性を測定。
Means 2,
Measure the impedance or admittance characteristics of the speaker system.
手段その3、
スピーカーシステムのインピーダンス特性 かまたは アドミタンス特性を元に、
全周波数帯でスピーカーシステムに最大許容電流を供給できる電圧出力パワアンプの出力電圧を決定。許容電流は 許容電力を {1+KRq*{qmax(t)-Qa}}*Ra*i(t)^2 を目安として決定。Krq はボイスコイルの抵抗温度係数 qmax(t) はボイスコイルの許容温度、
Ra は環境温度 Qa におけるボイスコイルの純抵抗である。
ボイスコイルの抵抗値はボイスコイルの温度によって変動することから、その値は計算上のボイスコイルの温度に依存させて補正を作用させる。例えば、背景技術その7の説明で、4000Hz 0.5A の直流電流を流した場合、ボイスコイルの抵抗は常温の状態に対し 27% 増加する。
Means 3,
Based on the impedance or admittance characteristics of the speaker system,
Determines the output voltage of the voltage output power amplifier that can supply the maximum allowable current to the speaker system in all frequency bands. The allowable current is determined based on the allowable power of {1 + KRq * {qmax (t) -Qa}} * Ra * i (t) ^ 2. Krq is the temperature coefficient of resistance of the voice coil qmax (t) is the allowable temperature of the voice coil,
Ra is the pure resistance of the voice coil at the ambient temperature Qa.
Since the resistance value of the voice coil fluctuates depending on the temperature of the voice coil, the value is corrected depending on the calculated temperature of the voice coil. For example, in the description of the background art No. 7, when a DC current of 4000 Hz and 0.5 A flows, the resistance of the voice coil increases by 27% with respect to a normal temperature state.
手段その4、
Vmax,Imax,Pmax,Qmax,Dmax,Kvmin,Kvmax,Kvmin,Kimax,Kimin,Kpmax,Kpmin,
KRq,Qa,Ra,Kqmax,Kqmin,Kdmax,Kdmin,Tva,Tvr,Tia,Tir,Tpa,Tpr,Tqa,Tqr を決定.
Means 4,
Vmax, Imax, Pmax, Qmax, Dmax, Kvmin, Kvmax, Kvmin, Kimax, Kimin, Kpmax, Kpmin,
Determine KRq, Qa, Ra, Kqmax, Kqmin, Kdmax, Kdmin, Tva, Tvr, Tia, Tir, Tpa, Tpr, Tqa, Tqr.
手段その5、
パワアンプとスピーカーシステムの組み合わせによる G{f,q(t)} と
Y{f,q(t)} を測定。
Means 5,
G {f, q (t)} and the power amplifier and speaker system
Measure Y {f, q (t)}.
手段その6、
再生特性を期待特性とすべく、音質仕上げフィルターの特性 H(f) を決定。
Means 6,
Determine the characteristics H (f) of the sound quality finishing filter to make the reproduction characteristics the expected characteristics.
手段その7、
計算上の、r(t),v(t),i(t),p(t),q(t),d(t) を求める計算機能を構築。
r(t)={1+Krq*{q(t)-Qa}} は計算上のボイスコイルの純抵抗
v(t)=e(t)*K(f)*G{f,q(t)} は計算上のボイスコイルの電圧
i(t)=e(t)*K(f)*Y{f,q(t)} は計算上のボイスコイルの電流
p(t)=r(t)*{i(t)}^2 は計算上のボイスコイルの熱損失
q(t)=Qe+r(t)*{i(t)*J(f)}^2*Tq(f) は計算上のボイスコイルの温度上昇
d(t)=e(t)*K(f)*D{f,q(t)} は計算上のボイスコイルの振動振幅
Means 7,
A calculation function for calculating r (t), v (t), i (t), p (t), q (t), and d (t) is constructed.
r (t) = {1 + Krq * {q (t) -Qa}} is the calculated pure resistance of the voice coil
v (t) = e (t) * K (f) * G {f, q (t)} is the calculated voice coil voltage
i (t) = e (t) * K (f) * Y {f, q (t)} is the calculated voice coil current
p (t) = r (t) * {i (t)} ^ 2 is the calculated heat loss of the voice coil
q (t) = Qe + r (t) * {i (t) * J (f)} ^ 2 * Tq (f) is the calculated temperature rise of the voice coil
d (t) = e (t) * K (f) * D {f, q (t)} is the calculated vibration amplitude of the voice coil
手段その8、
強度抑制係数、Kv,Ki,Kp,Kq,Kd を求める計算機能を構築。
Kv=Kv{Int{v(t)},Tva,Tvr,Kvmin,Kvmax,Vmax} は電圧強度抑制係数
Ki=Ki{Int{i(t)},Tia,Tir,Kimin,Kimax,Imax} は電流強度抑制係数
Kp=Kp{Int{p(t)},Tpa,Tpr,Kpmin,Kpmax,Pmax} は熱損強度失抑制係数
Kq=Kq{q(t),Kqmin,Kqmax,Qmax} は温度強度抑制係数
Kd=Kd{Int{d(t)},Tda,Tdr,Kdmin,Kdmax,Dmax) は振動振幅強度抑制係数
Means 8,
A calculation function for calculating the strength suppression coefficients, Kv, Ki, Kp, Kq, and Kd has been built.
Kv = Kv {Int {v (t)}, Tva, Tvr, Kvmin, Kvmax, Vmax} are voltage intensity suppression coefficients
Ki = Ki {Int {i (t)}, Tia, Tir, Kimin, Kimax, Imax} is the current intensity suppression coefficient
Kp = Kp {Int {p (t)}, Tpa, Tpr, Kpmin, Kpmax, Pmax} is the heat loss strength loss suppression coefficient
Kq = Kq {q (t), Kqmin, Kqmax, Qmax} is the temperature intensity suppression coefficient
Kd = Kd {Int {d (t)}, Tda, Tdr, Kdmin, Kdmax, Dmax) is the vibration amplitude intensity suppression coefficient
手段その9、
ボイスコイル振動振幅抑制係数LCd{f,Kd} を求める計算機能を構築。
Means 9,
A calculation function for calculating the voice coil vibration amplitude suppression coefficient LCd {f, Kd} is built.
手段その10、
総合抑制係数 K(f)=Kv*Ki*Kp*Kq*LCd{f,Kd} を求める計算機能を構築。
以上の機能を組み合わす。
Means 10,
The calculation function to calculate the total suppression coefficient K (f) = Kv * Ki * Kp * Kq * LCd {f, Kd} is built.
Combine the above functions.
効果その1、
小型スピーカーシステムの潜在能力を安全圏の範囲内で最大限引き出すことができる。
効果その2、
エージングテストの工程で、計算値ではあるが、ボイスコイルの電圧、電流、電力、温度、振動振幅 の状態を正確にモニターできることから、信頼性設計の客観性を高めることができる。
効果その3、
製品の販売途中に故障や品質などの問題が発生した場合、電圧、電流、電力、温度、振動振幅の許容限度の設定値を変更することによって素早く対応できる。
効果その4、
製品の生産途中に素材や形状の変更などの問題が発生した場合、電圧、電流、電力、温度、振動振幅の許容限度の設定値を変更することによって素早く対応できる。
Effect 1,
The potential of the small speaker system can be maximized within the safe area.
Effect 2,
Although it is a calculated value in the aging test process, the voltage, current, power, temperature, and vibration amplitude status of the voice coil can be accurately monitored, thereby improving the objectivity of the reliability design.
Effect 3
If a problem such as failure or quality occurs during the sale of a product, it can be quickly responded by changing the set values of allowable limits of voltage, current, power, temperature, and vibration amplitude.
Effect 4
If a problem such as a change in the material or shape occurs during the production of a product, it can be quickly responded by changing the set values of the allowable limits of voltage, current, power, temperature, and vibration amplitude.
その1、各種計算機能を音響信号処理プロセッサのプログラムに組み込む。
その2、各部の動作状況のモニターとパラメーターの書き換え機能を持つGUIを作る。
その3、各種パラメーター設計手順書を作る
その4、測定がやや面倒な、あるいは、測定の習慣がない主要パラメーターの自動測定ができて、ターゲット再生装置とデータ通信接続できる装置を作る。
その5、プロセッサに組み込む全プログラムの基本ソースプログラムを提供。
First, various calculation functions are incorporated into the program of the acoustic signal processor.
2. Create a GUI that monitors the operation status of each part and has a function to rewrite parameters.
Part 3. Create a parameter design procedure manual Part 4. Create a device that can automatically measure key parameters that are a little cumbersome or have no measurement habit, and that can be connected to the target playback device by data communication.
5. Provide basic source programs for all programs to be incorporated into the processor.
その1、小型スピーカーシステムを使った再生装置の最大効果を得るための設計の標準化
その2、特に、共振体を持つスピーカーシステムを使った再生装置の最大効果を得るための設計の標準化
その3、再生装置の設計工程の事務化による製品開発工程の短縮
その4、スピーカーユニットの運転状況の掌握を可能とする、信頼性設計の標準化
その5、計算による推定値ではあるが、ボイスコイルの現在温度を掌握できる。
その6.一連の信号処理プログラムのソースコードのIP化
1. Standardization of the design for obtaining the maximum effect of the reproduction device using the small speaker system. 2. Especially, the standardization of the design for obtaining the maximum effect of the reproduction device using the speaker system having the resonator. Shortening the product development process by making the design process of the playback device work part 4. Standardization of reliability design that enables the operator to grasp the operation status of the speaker unit. Part 5. The current temperature of the voice coil, although it is an estimated value by calculation. Can control.
Part 6. IP conversion of source code for a series of signal processing programs
図1は、供試品のスピーカーシステムのインピーダンス特性と電圧出力パワアンプと電流出力パワアンプによる再生特性の違いの説明図である。
背景技術の項に説明のとおり。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the difference between the impedance characteristics of a speaker system of a test sample and the reproduction characteristics of a voltage output power amplifier and a current output power amplifier.
As described in the background art section.
図2は、供試品のスピーカーシステムのインピーダンス特性と電圧出力パワアンプと電流出力パワアンプによるボイスコイルの振動振幅周波数特性の違いの説明図である。
背景技術の項に説明のとおり。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the difference between the impedance characteristics of the speaker system of the test sample and the vibration amplitude frequency characteristics of the voice coil between the voltage output power amplifier and the current output power amplifier.
As described in the background art section.
図3は、与えられた周波数特性を8個の二次フィルターで近似する例の説明図である。
背景技術の項に説明のとおり。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an example in which a given frequency characteristic is approximated by eight secondary filters.
As described in the background art section.
図4は、そのフィルターの総合ゲイン特性と総合位相特性の説明図である。
背景技術の項に説明のとおり。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the overall gain characteristics and overall phase characteristics of the filter.
As described in the background art section.
図5は、本案の請求項1の説明のためのブロック図である。
詳細は請求項で記述のとおりであり、以下は請求項の補足説明である。
s(t) は再生信号、Tone Conditioning は再生システム全体の音質を整える音質仕上げフィルター、Intensity Conditioning は電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅、を総合的に抑制する係数器と低域遮断フィルター、Power Amp はパワアンプ、
Speaker System はスピーカーシステム Seting Parameters は本案のシステムを機能させるに必要な設計的に決定されるパラメーター、Signal Estimation はボイスコイルの純抵抗、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅、の瞬時値を計算で求める機能、Intensity Detection は、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅の計算値を元に、それぞれのファクターの許容限界値の制御に必要な制御変数を計算する機能、である。
制御に必要な計算式とパラメーターは設計的に決定される。
FIG. 5 is a block diagram for explaining claim 1 of the present invention.
The details are as described in the claims, and the following is a supplementary explanation of the claims.
s (t) is a playback signal, Tone Conditioning is a sound quality finishing filter that adjusts the sound quality of the entire playback system, and Intensity Conditioning is a coefficient unit and low-frequency cutoff filter that comprehensively suppresses voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude. , Power Amp is a power amplifier,
Speaker System is the speaker system Seting Parameters are the parameters determined by design required for the function of the proposed system to function, and Signal Estimation is the instantaneous value of the voice coil's pure resistance, voltage, current, heat loss, temperature, vibration amplitude, etc. Intensity Detection is a function that calculates the control variables required to control the allowable limit of each factor based on the calculated values of voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude.
Calculation formulas and parameters required for control are determined by design.
ボイスコイルの電圧またはパワアンプ出力電圧の抑制機能は、パワアンプの出力が飽和しないよう、電圧の振幅が許容値以下に収まるべく Kv で制御する。本案の本質とするところは、信号処理系統の内部での振幅抑制ではなく再生装置全体の運転状況の一部としての電圧抑制である。 The function of suppressing the voltage of the voice coil or the output voltage of the power amplifier is controlled by Kv so that the amplitude of the voltage does not exceed the allowable value so that the output of the power amplifier does not saturate. The essence of the present invention is not voltage suppression inside the signal processing system but voltage suppression as a part of the operation state of the entire reproduction apparatus.
ボイスコイルの電流またはパワアンプ出力電流の抑制機能は電流が許容値以下に収まるよう Ki で制御する。本案の本質とするところは、信号処理系統の内部での振幅抑制ではなく、再生装置全体の運転状況の一部としての電流抑制である。 The voice coil current or power amplifier output current suppression function is controlled by Ki so that the current stays below the allowable value. The essence of the present invention is not the suppression of the amplitude inside the signal processing system, but the suppression of the current as a part of the operation state of the entire reproducing apparatus.
ボイスコイルの消費電力が許容値以下に収まるよう Kp で制御する。
ボイスコイルの温度 または温度上昇 が許容値以下に収まるよう Kq で制御する。
Kp is controlled so that the power consumption of the voice coil falls below the allowable value.
Kq is controlled so that the temperature or temperature rise of the voice coil stays below the allowable value.
ボイスコイルの振動振幅 が許容値以下に収まるよう Kd で制御する。
ボイスコイルの振動振幅の抑制は、信号の大きさを制御するのではなく、低域遮断フィルターを機能させ、周波数の低い方に大きく作用する。強力な低音信号が録音されている楽曲は少なくない。しかし、通常のさして大きくない信号レベルでのリスニングでは低音域をできる範囲で最大限に再生できることが望ましい。このような理由により、低音遮断フィルター LCd{f,Kd} の遮断周波数の制御による振動振幅抑制が有効である。
いずれの抑制係数も優先準位はなく、許容限界を超えようとしたファクターから、
K(f)=Kv*Ki*Kp*Kq*LCd{f,Kd} の計算によって抑制が作用する。
Vmax,Imax,Pmax,Qmax,Dmax はパワアンプとスピーカーシステムが持つそれぞれの許容限界値を基準に、商品の企画や信頼性設計の方針に基づき設計的に決定される。
Kvmin,Kvmax,Kimin,Kimax,Kpmin,Kpmax,Kqmin,Kqmax はそれぞれ、
Vmax,Imax,Pmax,Qmax,Dmax に従属して設計的に決定される。
Kd is controlled so that the vibration amplitude of the voice coil falls below the allowable value.
The suppression of the vibration amplitude of the voice coil does not control the magnitude of the signal, but causes the low-frequency cutoff filter to function and has a large effect on the lower frequency. Many songs have strong bass signals recorded. However, in normal listening at a signal level that is not so large, it is desirable to be able to reproduce to the maximum extent possible in the low frequency range. For this reason, it is effective to suppress the vibration amplitude by controlling the cutoff frequency of the bass cutoff filter LCd {f, Kd}.
There is no priority level for any of the suppression factors, and the factors that try to exceed
Suppression works by calculating K (f) = Kv * Ki * Kp * Kq * LCd {f, Kd}.
Vmax, Imax, Pmax, Qmax, and Dmax are determined in design based on the permissible limit values of the power amplifier and the speaker system, based on product planning and reliability design policies.
Kvmin, Kvmax, Kimin, Kimax, Kpmin, Kpmax, Kqmin, Kqmax are
It is designed and determined depending on Vmax, Imax, Pmax, Qmax, and Dmax.
Tva,Tvr,Tia,Tir,Tpa,Tpr,Tda,Tdr はそれぞれ、抑制する信号の性質により設計的に決定される。
一般的に、高速アタックタイムと低速レリースタイムの時定数が聴感上適切である。
アタックタイムの参考例として、以下の値が目安である。
Tva が約10msec 以下、過電圧による飽和から生じる混変調歪みが聴感に敏感である。
Tia が約100msec 以下、短時間の過電流は聴感に敏感でない。
Tpa が約1sec 以下、ボイスコイルに熱容量があって短時間の過電力は問題ない。
Tda が約10msec 以下、スピーカーシステムの過振幅は混変調歪みとして聴感に敏感である。
Tvr,Tir,Tpr,Tdr はそれぞれ 1.5sec から 30sec が目安である。
抑制機能の副産物であるゲイン変化の聴感上の違和感を最小限に抑える必要がある。
複数の抑制機能の時定数を高速低速とに役割を分担させることで、このい違和感を軽減できる。例えば、電圧抑制を高速に、電流抑制を低速とする。さらに、一つの抑制機能に高速と低速の二種類を作用させることで、この違和感を大幅に軽減できる。
Tva, Tvr, Tia, Tir, Tpa, Tpr, Tda, and Tdr are each determined by design according to the nature of the signal to be suppressed.
In general, the time constants of the fast attack time and the slow release time are appropriate for hearing.
The following values are guidelines as reference examples of attack time.
When Tva is less than about 10 msec, intermodulation distortion caused by saturation due to overvoltage is sensitive to hearing.
When Tia is less than about 100msec, short-time overcurrent is not sensitive to hearing.
When Tpa is less than about 1sec, the voice coil has heat capacity and short-time overpower is not a problem.
When Tda is about 10msec or less, the over-amplitude of the speaker system is sensitive to hearing as intermodulation distortion.
The standard for Tvr, Tir, Tpr, and Tdr is 1.5 to 30 seconds each.
It is necessary to minimize the uncomfortable feeling of the gain change, which is a by-product of the suppression function.
By assigning the time constants of the plurality of suppression functions to high speed and low speed, the uncomfortable feeling can be reduced. For example, voltage suppression is set to high speed, and current suppression is set to low speed. Furthermore, by applying two types of high speed and low speed to one suppression function, this uncomfortable feeling can be greatly reduced.
温度上昇 q(t) の検出は熱容量と放熱条件に依存して厳密には複雑な非線形を含む計算モデルを必要とする。しかし、実用的には実測値を基に簡単な線形計算モデルで充分に機能する。
Jq(f) は温度上昇の周波数特性の強度の平方根の特性を一次と二次のフィルターの組み合わせでモデル化できる。
Tq(f) は、熱時定数の大きい放熱条件の特性である。温度上昇の時間経過の特性をインパルス応答特性を積分核とし、時間とともに変化する熱損失とのコンボリューション積分によってボイスコイルの温度を計算することもできる。
具体的な計算式は設計的に決定される。
温度上昇の基準となるボイスコイルの熱損失の計算には、ボイスコイルの純抵抗の温度上昇の影響を考慮した計算モデルを使うことで、熱損失と温度の関係が、過渡特性も含め実用上充分な精度で計算できる。
The detection of the temperature rise q (t) requires a calculation model that includes strictly complicated nonlinearities depending on the heat capacity and heat radiation conditions. However, in practice, a simple linear calculation model based on actual measurement values works well.
Jq (f) can model the square root of the intensity of the frequency characteristic of the temperature rise with a combination of first and second order filters.
Tq (f) is a characteristic under a heat radiation condition having a large thermal time constant. The temperature of the voice coil can be calculated by convolution integration with time-varying heat loss using the characteristic of the time lapse of the temperature rise as the integration nucleus of the impulse response characteristic.
The specific calculation formula is determined by design.
The calculation of the heat loss of the voice coil, which is the reference for temperature rise, uses a calculation model that takes into account the effect of the temperature rise of the voice coil's pure resistance. It can be calculated with sufficient accuracy.
Int{v(t)},Int{i(t)},Int{p(t)},Int{d(t)} はそれぞれ、電圧強度、電流強度、
熱損失強度、振動振幅強度 である。
それぞれの強度の計算方手順は設計的に決定される。
瞬時値の最大値の検出が必要なことから、
v(t),i(t),p(t),d(t) の絶対値の最大値を使う。
Int {v (t)}, Int {i (t)}, Int {p (t)}, Int {d (t)} are voltage strength, current strength,
Heat loss intensity and vibration amplitude intensity.
The procedure for calculating each strength is determined by design.
Since it is necessary to detect the maximum instantaneous value,
Use the maximum absolute value of v (t), i (t), p (t), d (t).
図6は、図5の Seting Parameters の主要パラメーターを自動計測と計算で得る機能を持つ計測装置の説明図である。
近年、小型スピーカーシステムのパワアンプのほとんどが平衡出力となっていることから電圧検出の部分は平衡型としている。誤差無く測定できれば不平衡型でもさし支えない。rs は電流検出用の微少抵抗値の電流検出抵抗器である。rs の両端の差電圧を検出することにより、ボイスコイルへの供給電流を測定することができる。
ボイスコイルの抵抗値が 4オームの場合、 rs の抵抗値は 0.1オームで必要な測定ができる。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a measuring device having a function of obtaining main parameters of the setting parameters of FIG. 5 by automatic measurement and calculation.
In recent years, since most power amplifiers of small speaker systems have balanced outputs, the voltage detection portion is of a balanced type. An unbalanced type is acceptable as long as it can be measured without errors. rs is a current detection resistor having a small resistance value for current detection. By detecting the differential voltage across rs, the current supplied to the voice coil can be measured.
If the resistance of the voice coil is 4 ohms, the required value of rs can be 0.1 ohms for the required measurement.
DS はボイスコイルの変位を測定する。
振動振幅の特性測定に、ホワイトノイズやM系列のランダム信号または正弦波をスイープさせる信号を用いる。
この信号を パワアンプに供給するか、または、入力端子から測定用信号を供給し、
H(f) と k(f) を恒常的に 1 とすることでも測定できる。
DS measures the displacement of the voice coil.
For measuring the characteristics of the vibration amplitude, a white noise, an M-sequence random signal, or a signal that sweeps a sine wave is used.
Supply this signal to the power amplifier, or supply the measurement signal from the input terminal,
It can also be measured by setting H (f) and k (f) to 1 constantly.
G{f,q(t)} は、ボイスコイルの両端電圧信号を高速フーリエ変換した信号を、
測定用信号を高速フーリエ変換した信号で除算することで得ることができる。
Y{f,KRq,R,q(t)} は、は、ボイスコイルの電流信号を高速フーリエ変換した信号を、
測定用信号を高速フーリエ変換した信号で除算することで、得られる。
G{f},Y(f) 双方とも位相情報は重要でないことから無視できる。従って大きさだけを算出することで充分である。G{},Y{} の、ボイスコイルの温度上昇 q(t) の影響を反映した計算式は、精密に連続的に表現された計算式である必要はない。
実用的に必要充分なサンプル数の温度 q(t) のにおける G{f},Y{f} の実測値の絶対値を利用することで実用上、隣り合うサンプルの間は補完により充分な精度の装置を具現化できる。
G {f, q (t)} is a signal obtained by performing a fast Fourier transform of the voltage signal across the voice coil,
It can be obtained by dividing the measurement signal by the signal subjected to the fast Fourier transform.
Y {f, KRq, R, q (t)} is a signal obtained by subjecting the current signal of the voice coil to a fast Fourier transform,
It is obtained by dividing the measurement signal by the signal subjected to the fast Fourier transform.
In both G {f} and Y (f), the phase information is insignificant and can be ignored. Therefore, it is sufficient to calculate only the size. The calculation formulas reflecting the effect of the temperature rise q (t) of the voice coil of G {}, Y {} need not be a calculation formula expressed precisely and continuously.
By using the absolute value of the actual measurement value of G {f}, Y {f} at the temperature q (t) of a practically necessary and sufficient number of samples, sufficient accuracy is obtained by complementation between adjacent samples in practical use. Device can be realized.
R は、ABS{G(f,q(t))/Y{f,q(t)}} の極小値 Fzmin を R の値とする。
極小点 Fzmin が複数存在することもあるがこの場合、
極小点における ABS{G(f,q(t))/Y{f,q(t)}} の最小値を選択する。
通常のスピーカーの Fzmin は 40Hz から 200Hz の間に存在する。
R is the minimum value Fzmin of ABS {G (f, q (t)) / Y {f, q (t)}}.
There may be multiple minimum points Fzmin. In this case,
Select the minimum value of ABS {G (f, q (t)) / Y {f, q (t)}} at the minimum point.
The normal speaker Fzmin lies between 40Hz and 200Hz.
D{f,KRq,R,q(t)} は、ボイスコイルの振動振幅を高速フーリエ変換した信号を、
テスト信号を高速フーリエ変換した信号で除算することで、得られる。
ボイスコイルの振動振幅もボイスコイルの温度を基準とする各部品の影響を受ける。
D{} の、ボイスコイルの温度上昇 q(t) の影響を反映した計算式は、精密に連続的に表現された計算式である必要はない。
実用的に必要充分なサンプル数の温度 q(t) のにおける D{f,Kd} の実測値の絶対値を利用することで実用上、充分な精度の装置を具現化できる。
D {f, KRq, R, q (t)} is a signal obtained by performing a fast Fourier transform of the vibration amplitude of the voice coil,
It is obtained by dividing the test signal by the signal subjected to the fast Fourier transform.
The vibration amplitude of the voice coil is also affected by each component based on the temperature of the voice coil.
The calculation formula reflecting the effect of the temperature rise q (t) of the voice coil of D {} does not need to be a calculation formula accurately and continuously expressed.
By using the absolute value of the measured value of D {f, Kd} at a temperature q (t) of a practically necessary and sufficient number of samples, a device with practically sufficient accuracy can be realized.
Jq(f) はサンプリング周波数の信号でボイスコイルに一定電流を流した場合の、サンプリング周波数ごとの温度または温度上昇値の周波数特性の大きさの平方根の周波数特性である。平方根である理由は その後の行程の計算で ボイスコイルの温度上昇の元になる電力を r(t)*{i(t)*Jq(f)}^2 としていることによる。
ボイスコイルの温度上昇がボイスコイルの振動振幅にも依存することから、温度上昇のボイスコイル電流の周波数にも依存することによる。原理的には Jp(f) は電流の補正係数ではないが、簡素化されたこの計算によっても実用上充分な精度が得られる。
Jq (f) is the frequency characteristic of the square root of the magnitude of the frequency characteristic of the temperature or the temperature rise value for each sampling frequency when a constant current is applied to the voice coil with the signal of the sampling frequency. The reason for the square root is that the power that causes the temperature rise of the voice coil in the subsequent calculation is r (t) * {i (t) * Jq (f)} ^ 2.
Because the temperature rise of the voice coil also depends on the vibration amplitude of the voice coil, the temperature rise also depends on the frequency of the voice coil current. In principle, Jp (f) is not a correction factor for the current, but this simplified calculation can provide sufficient accuracy for practical use.
Tq(f) はボイスコイルに一定電流を流した場合の温度上昇の時定数である。
温度上昇は熱容量や放熱条件に左右され、分布常数系であることと、必ずしも線形ではないが、線形の集中常数系と見なして計算しても実用上不都合な誤差は発生しない。
Tq (f) is a time constant of temperature rise when a constant current is applied to the voice coil.
The temperature rise depends on the heat capacity and the heat radiation conditions, and is not necessarily a linear system, but is not necessarily linear. However, even if it is calculated as a linear concentrated constant system, no practically inconvenient error occurs.
図7は、再生系が帯域分割されているシステムの説明のためのブロック図である。
請求項5に対応する説明図である。
帯域が4種類のスピーカーシステムによって分割されていて、その内、2種類のスピーカーシステムが1系統のパワアンプに接続されている例を示す。
この系はそれぞれの帯域分割の系統に対し、
共通の入力信号 s(t) と
共通の音質仕上げフィルター H(f) と
共通の総合抑制係数 K(f)=K11(f)*K12(f)*K2(f)*K3(f) を持つ。
K11 は系統11のスピーカーシステム11に対応する抑制係数であって
K11=Kv11*Ki11*Kp11*Kq11*LCq11{f,Kd11} である。
Kv11*Ki11*Kp11*Kq11*LCd11{f,Kd11} は請求項1に記述の Kv,Ki,Kp,Kq,LCd(f,Kd)
に対応するところの、それぞれ、ボイスコイルの電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅の抑制係数である。
Kv11*Ki11*Kp11*Kq11*LCd11{f,Kd11} は Intensity-Detection-11 の出力であって、請求項1の Intensity-Detection に対応する。
Signal-Detection-11 は、請求項1の Intensity-Detection に対応して、ボイスコイルの純抵抗、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅、を算出し、それらの算出値をIntensity-Detection-11 に渡す。
Signal-Detection-11 の入力信号は 請求項1と同様、s(t)*H(f)*K(f) である。
Intensity-Detection-11 と Signal-Detection-11 が必要とするところの、設計的に決定されるパラメーターは、請求項1と同様、あらかじめシステムに組み込まれる。
FIG. 7 is a block diagram for explaining a system in which the reproduction system is divided into bands.
It is explanatory drawing corresponding to Claim 5.
An example is shown in which the band is divided by four types of speaker systems, and two types of the speaker systems are connected to one system of power amplifier.
This system, for each band division system,
It has a common input signal s (t), a common sound quality finishing filter H (f), and a common overall suppression coefficient K (f) = K11 (f) * K12 (f) * K2 (f) * K3 (f) .
K11 is a suppression coefficient corresponding to the speaker system 11 of the system 11;
K11 = Kv11 * Ki11 * Kp11 * Kq11 * LCq11 {f, Kd11}.
Kv11 * Ki11 * Kp11 * Kq11 * LCd11 {f, Kd11} is Kv, Ki, Kp, Kq, LCd (f, Kd) described in claim 1.
Respectively correspond to the voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude suppression coefficient of the voice coil.
Kv11 * Ki11 * Kp11 * Kq11 * LCd11 {f, Kd11} is an output of Intensity-Detection-11, and corresponds to Intensity-Detection of Claim 1.
The Signal-Detection-11 calculates the pure resistance, voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude of the voice coil in accordance with the Intensity-Detection of the first aspect, and calculates the calculated values. Pass to 11.
The input signal of Signal-Detection-11 is s (t) * H (f) * K (f) as in claim 1.
The parameters determined by design, which are required by the Intensity-Detection-11 and the Signal-Detection-11, are preliminarily incorporated into the system as in the first aspect.
K12 は系統12のスピーカーシステム12に対応する抑制係数である。
K2 は系統2のスピーカーシステム2に対応する抑制係数である。
K3 は系統3のスピーカーシステム3に対応する抑制係数である。
Intensity-Detection-12,Intensity-Detection-2,Intensity-Detection-3 はそれぞれの分割帯域の抑制係数、
Signal-Detection-12,Signal-Detection-2,Signal-Detection-3 はそれぞれの分割帯域の計算上の検出信号、
Parameter-Set-12,Parameter-Set-2,Parameter-Set-3 はそれぞれの分割帯域の信号検出計算と強度計算に必要なパラメーター群である。
K12 is a suppression coefficient corresponding to the speaker system 12 of the system 12.
K2 is a suppression coefficient corresponding to the speaker system 2 of the system 2.
K3 is a suppression coefficient corresponding to the speaker system 3 of the system 3.
Intensity-Detection-12, Intensity-Detection-2, and Intensity-Detection-3 are suppression coefficients for each subband,
Signal-Detection-12, Signal-Detection-2, Signal-Detection-3 are detection signals in calculation of each divided band,
Parameter-Set-12, Parameter-Set-2, and Parameter-Set-3 are parameters required for signal detection calculation and strength calculation of each divided band.
請求項1の補足説明
本案発明の基本構成である。いずれも公知の複数の手法を用いて小型スピーカーシステムの設計自由度を大幅に広げる方法に関する。
再生装置全体が持つ諸特性から、ボイスコイルの、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅 を計算で算出し、それぞれのファクターの状態を検出し、それぞれのファクターについて許容限界を超えないよう、それぞれのファクターの強度を抑制する。
G{},Y{},D{} それぞれ、ボイスコイルの温度の影響を受ける。特定の温度環境 Qa でのボイスコイルの純抵抗 Ra の実測値はあらかじめ本案に必要なパラメーターとして計算行程に組み入れられている。ボイスコイルの環境温度の情報を外部から与えられたときに、本案による計算で得たボイスコイルの温度を計算できる。
It is a basic configuration of the present invention. All of them relate to a method of greatly increasing the degree of freedom in designing a small speaker system using a plurality of known techniques.
From the characteristics of the entire playback device, calculate the voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude of the voice coil by calculation, detect the state of each factor, and ensure that each factor does not exceed the allowable limit. Suppress the strength of each factor.
G {}, Y {}, D {} are each affected by the temperature of the voice coil. The actual measured value of the voice coil's pure resistance Ra in a specific temperature environment Qa is incorporated in the calculation process as a parameter required for the present invention in advance. When information on the environmental temperature of the voice coil is given from outside, the temperature of the voice coil obtained by the calculation according to the present invention can be calculated.
請求項2の補足説明
請求項1に記述の複雑なパラメーターを設計現場で簡易に間違いなく設定することを可能にする自動パラメーター生成の方法と装置に関する。
ボイスコイルの温度は運転状況に応じて大きく変化し、その結果ボイスコイルの純抵抗が大きく変化する。ボイスコイルの温度を知る、という課題はスピーカーシステムの運転状況を正確に把握することにとって重要である。
ボイスコイルの温度を計算するには、環境ボイスコイルの電流とボイスコイルの純抵抗の値と熱時定数の関係を知る必要がある。さらに、ボイスコイルの振動振幅に依存する放熱条件への影響も考慮されなければならない。動作中のボイスコイルの電圧と電流の測定機能を商品に備えない限り、直接的に運転状況を把握することはできない。
請求項1に記述の温度上昇は、あらかじめ実測したパラメーター群を利用し、設計的に決められた計算式によりボイスコイルの温度 q(t) を推定する。その推定されたボイスコイルの温度を基に、G{f},Y{f},D{f} と そして温度 q(t) そのものも計算式の中に組み入れて算出する。
A second aspect of the present invention relates to a method and apparatus for automatic parameter generation that enables simple and accurate setting of complicated parameters described in the first aspect at a design site.
The temperature of the voice coil greatly changes according to the operating conditions, and as a result, the pure resistance of the voice coil greatly changes. The task of knowing the temperature of the voice coil is important for accurately understanding the operating state of the speaker system.
To calculate the temperature of the voice coil, it is necessary to know the relationship between the current of the environmental voice coil, the value of the pure resistance of the voice coil, and the thermal time constant. In addition, the influence on the heat radiation condition that depends on the vibration amplitude of the voice coil must be considered. Unless the product is equipped with a function of measuring the voltage and current of the operating voice coil, it is not possible to directly grasp the driving situation.
For the temperature rise described in claim 1, the temperature q (t) of the voice coil is estimated by a design formula determined using a parameter group actually measured in advance. Based on the estimated temperature of the voice coil, G {f}, Y {f}, D {f} and the temperature q (t) are also incorporated into the calculation formula and calculated.
パワアンプの出力インピーダンスの特性にもよるが、パワアアンプの入力に対するボイスコイルの電圧と電流はボイスコイルの純抵抗に大きく依存することから、G({f} と Y{f} の計算モデルには ボイスコイルの温度による抵抗変化が反映されていなければならない。これらの計算式に必要なボイスコイルの温度も計算された値であり、そして、計算結果である温度の値が閉ループを形成するところの一連の計算に組み込まれていることから q(t) の計算誤差が原因して、正帰還や負帰還による計算誤差のさらなる増大の懸念がある。請求項2の測定装置は、環境温度とボイスコイルの温度上昇とボイスコイルの温度と、の測定機能をもつことから、請求項1に基づく計算処理全体の誤差を評価することができる。即ち、計算により推定される温度により計算するボイスコイルの電圧と電流の値と実測による電圧と電流の値との間に乖離があるかどうかの検証が可能である。この検証によって、乖離が期待よりも大きい場合、不具合なパラメーターや計算式の再吟味の機会を見いだすことができる。
ボイスコイルの温度上昇による G{f},Y{f},D{f} の値は、温度のサンプル値でもって、離散的に測定し、全てのサンプル温度で得られた結果を再生装置に渡す。
Although the voltage and current of the voice coil with respect to the input of the power amplifier greatly depend on the pure resistance of the voice coil, the calculation model of G ({f} and Y {f} The change in resistance due to coil temperature must be reflected, the temperature of the voice coil required for these formulas is also a calculated value, and a series of results in which the calculated temperature value forms a closed loop. There is a concern that the calculation error due to the positive feedback or the negative feedback may further increase due to the calculation error of q (t) because it is included in the calculation of the ambient temperature. Since the function of measuring the temperature rise of the voice coil and the temperature of the voice coil is provided, it is possible to evaluate the error of the entire calculation processing based on claim 1. That is, the temperature estimated by the calculation. It is possible to verify whether there is a discrepancy between the voltage and current values of the voice coil calculated by the above and the measured voltage and current values.If the discrepancy is larger than expected, And the opportunity to review the formulas.
The values of G {f}, Y {f}, D {f} due to the rise in temperature of the voice coil are measured discretely using sample values of temperature, and the results obtained at all sample temperatures are sent to the playback device. hand over.
請求項3の補足説明
従来の再生装置の設計の場合の、パワアンプ最大出力電圧とスピーカーシステムのインピーダンスの仕様の決定方法に関する。
スピーカーシステムの持つ能力を最大限引き出し、かつ請求項1の手法で常時、安全圏内で運転させることにより、従来の慣習にとらわれず、パワアンプの出力電圧を大幅に大きくする、かまたは、スピーカーシステムのボイスコイルのインピーダンスを大幅に小さくすることができる手法に関する。
A third aspect of the present invention relates to a method of determining the specifications of the maximum output voltage of the power amplifier and the impedance of the speaker system in the case of the design of the conventional reproducing apparatus.
By maximizing the capability of the speaker system and operating it constantly within the safe area according to the method of claim 1, the output voltage of the power amplifier can be greatly increased without being bound by the conventional practice, or the speaker system The present invention relates to a technique capable of significantly reducing the impedance of a voice coil.
請求項4の補足説明
請求項1に記述の r(t) と q(t) の計算行程に i(t) の計算を介して、それ自身を含む閉ループを構成していることによるところの、計算誤差の拡大を抑制する機能に関する。
The supplementary explanation of claim 4 is based on the fact that a closed loop including itself is formed in the calculation process of r (t) and q (t) described in claim 1 through the calculation of i (t). It relates to the function of suppressing the expansion of calculation errors.
請求項5の補足説明
パワアンプとスピーカーシステムが複数あって帯域分割されている場合の請求項1の応用に関する。帯域ごとの帯域分割のためのフィルターはパワアンプと一体となっている。
スピーカーシステムごとに、パラメーター群とボイスコイルの純抵抗、電圧、電流、
熱損失、温度、振動振幅について、信号検出の計算機能と抑制係数を算出する機能を持つ。複数のスピーカーシステムが一つのパワアンプに接続されている場合は、パワアンプとそれぞれのスピーカーシステムとを組み合わせた状態で、それぞれのスピーカーシステムごとに運転状態を検出し、それぞれの許容値に照らして抑制係数を算出する。
総合抑制係数はスピーカーシステムごとに算出された抑制係数の積である。
全てのパワアンプの入力は共通であって、その共通信号に、再生システム全体の音質仕上げフィルターと総合抑制係数を作用させ、それぞれのパワアンプに供給する。
帯域分割の場合の全ての動作は、請求項1が示す動作に準ずる。
Supplementary explanation of claim 5 The present invention relates to an application of claim 1 in a case where a plurality of power amplifiers and speaker systems are provided and divided into bands. The filter for band division for each band is integrated with the power amplifier.
For each speaker system, parameter group and voice coil pure resistance, voltage, current,
It has a function of calculating signal detection and a function of calculating suppression coefficients for heat loss, temperature, and vibration amplitude. When multiple speaker systems are connected to a single power amplifier, the operating state is detected for each speaker system in a state where the power amplifier and each speaker system are combined, and the suppression coefficient is determined based on each allowable value. Is calculated.
The total suppression coefficient is a product of suppression coefficients calculated for each speaker system.
The inputs of all the power amplifiers are common, and the common signal is subjected to the sound quality finishing filter and the overall suppression coefficient of the entire reproduction system and supplied to the respective power amplifiers.
All operations in the case of band division are based on the operations described in claim 1.
図1
供試品のスピーカーシステムの、
Impedance インピーダンス特性
SPL by Voltage Amplifier 電圧出力パワアンプによる SPL
SPL by Current Amplifier 電流出力パワアンプによる SPL
Figure 1
Of the speaker system under test,
Impedance impedance characteristics
SPL by Voltage Amplifier SPL by voltage output power amplifier
SPL by Current Amplifier SPL by current output power amplifier
図2
供試品のスピーカーシステムの、
Voltage drive Displacement 電圧駆動によるボイスコイルの振動
Current drive Displacement 電流駆動によるボイスコイルの振動
FIG.
Of the speaker system under test,
Voltage drive Displacement Vibration of voice coil by voltage drive
Current drive Displacement Vibration of voice coil by current drive
図3
供試品のスピーカーシステムの、
Admitance アドミタンス特性
By Secondary EQ 8個の二次フィルターによる近似
FIG.
Of the speaker system under test,
Admitance Admittance characteristics
By Secondary EQ Approximation by eight secondary filters
図4
図3の近似特性の、
EQ1,Eq2,,,,,,,EQ12 12個の二次フィルター
Gain 8個の二次フィルターの総合ゲイン特性
Pahse 8個の二次フィルターの総合位相特性
FIG.
The approximation characteristic of FIG.
EQ1, Eq2 ,,,,,,, EQ12 12 secondary filters
Gain Total gain characteristics of eight secondary filters
Pahse Total phase characteristics of eight second-order filters
図5
s(t) 再生信号
Tone Conditioning 音質仕上げ
H(f) 音質仕上げフィルター
e(t) 音質仕上げフィルターの出力
K(f)=Kv*Ki*Kp*Kq*LCd(f,Kd) 総合抑制係数
Power Amp パワアンプ
Speaker System スピーカーシステム
SP スピーカーユニット
Resonance 共振体
e(t)*K(f) パワアンプの入力
Ra ボイスコイルの純抵抗の基準値(環境温度Qaでの)
Qa Ra 決定時の環境温度
Qe 時々刻々の環境温度
Qs 環境温度検出
KRq ボイスコイルの抵抗温度係数
Fzmin ボイスコイルの極小インピーダンス
r(t)={1+KRq*q(t)}*R ボイスコイル温度が補正されたボイスコイルの抵抗値
G{f,q(t)} パワアンプの入力に対するボイスコイルの電圧周波数特性
Y{f,q(t)} パワアンプの入力に対するボイスコイルの電流周波数特性
Jq(f) 信号周波数に依存するボイスコイルの温度を
電流換算で補正する係数
Tq(f) ボイスコイルの熱時定数
D{f,q(t)} パワアンプの入力に対するボイスコイルの振動振幅周波数特性
v(t)=e(t)*K(f)*G{f,q(t)} 計算上のボイスコイルの電圧
i(t)=e(t)*K(f)*Y{f,q(t)} 計算上のボイスコイルの電流
p(t)=r(t)*{i(t)}^2 計算上のボイスコイルの熱損失
q(t)=Qe+r(t)*{i(t)*J(f)}^2*Tp(f) 計算上のボイスコイルの温度
d(t)=e(t)*K(f)*D{f,q(t)} 計算上のボイスコイルの振幅振動
Kv=Kv{Int{v(t)},Tva,Tvr,Kvmin,Kvmax,Vmax} 電圧強度抑制係数
Ki=Ki{Int{i(t)},Tia,Tir,Kimin,Kimax,Imax} 電流強度抑制係数
Kp=Kp{Int{p(t)},Tpa,Tpr,Kpmin,Kpmax,Pmax} 熱損強度失抑制係数
Kq=Kq{q(t),Kqmin,Kqmax,Qmax} 温度強度抑制係数
Kd=Kd{Int{d(t)},Tda,Tdr,Kdmin,Kdmax,Dmax) 振動振幅強度抑制係数
Tva,Tvr 電圧強度測定のアタックタイム、レリースタイム
Kvmin,Kvmax,Vmax 電圧強度抑制係数の下限、上限、許容電圧強度
Tia,Tir 電流強度測定のアタックタイム、レリースタイム
Kimin,Kimax,Imax 電流強度抑制係数の下限、上限、許容電流強度
Tpa,Tpr 電力強度測定のアタックタイム、レリースタイム
Kpmin,Kpmax,Pmax 電力強度抑制係数の下限、上限、許容電力強度
Kqmin,Kqmax,Qmax 温度強度抑制係数の下限、上限、許容温度強度
Tda,Tdr 振動振幅強度測定のアタックタイム、レリースタイム
Kdmin,Kdmax,Dmax 振動振幅強度抑制係数の下限、上限、許容振動振幅強度
FIG.
s (t) playback signal
Tone Conditioning sound quality finish
H (f) sound quality finishing filter
e (t) Output of sound quality finishing filter
K (f) = Kv * Ki * Kp * Kq * LCd (f, Kd) Total suppression coefficient
Power Amp Power amplifier
Speaker System Speaker System
SP speaker unit
Resonance resonator
e (t) * K (f) Power amplifier input
Ra Voice coil net resistance reference value (at ambient temperature Qa)
Environmental temperature when Qa Ra is determined
Qe environmental temperature every moment
Qs environmental temperature detection
KRq Voice coil temperature coefficient of resistance
Minimal impedance of Fzmin voice coil
r (t) = {1 + KRq * q (t)} * R Voice coil resistance with corrected voice coil temperature
G {f, q (t)} Voltage frequency characteristics of voice coil to input of power amplifier
Y {f, q (t)} Current frequency characteristics of voice coil for power amplifier input
Jq (f) The temperature of the voice coil that depends on the signal frequency
Coefficient to be corrected by current conversion
Tq (f) Voice coil thermal time constant
D {f, q (t)} Vibration amplitude frequency characteristics of voice coil for power amplifier input
v (t) = e (t) * K (f) * G {f, q (t)} Calculated voice coil voltage
i (t) = e (t) * K (f) * Y {f, q (t)} Calculated voice coil current
p (t) = r (t) * {i (t)} ^ 2 Calculated heat loss of voice coil
q (t) = Qe + r (t) * {i (t) * J (f)} ^ 2 * Tp (f) Calculated voice coil temperature
d (t) = e (t) * K (f) * D {f, q (t)} Calculation of amplitude oscillation of voice coil
Kv = Kv {Int {v (t)}, Tva, Tvr, Kvmin, Kvmax, Vmax} Voltage intensity suppression coefficient
Ki = Ki {Int {i (t)}, Tia, Tir, Kimin, Kimax, Imax} Current intensity suppression coefficient
Kp = Kp {Int {p (t)}, Tpa, Tpr, Kpmin, Kpmax, Pmax} Heat loss strength loss suppression coefficient
Kq = Kq {q (t), Kqmin, Kqmax, Qmax} Temperature intensity suppression coefficient
Kd = Kd {Int {d (t)}, Tda, Tdr, Kdmin, Kdmax, Dmax) Vibration amplitude intensity suppression coefficient
Tva, Tvr Attack time and release time for voltage strength measurement
Kvmin, Kvmax, Vmax Lower and upper limits of voltage intensity suppression coefficient, allowable voltage intensity
Tia, Tir Attack time and release time of current intensity measurement
Kimin, Kimax, Imax Lower and upper limits of current intensity suppression coefficient, allowable current intensity
Tpa, Tpr Attack time and release time for power intensity measurement
Kpmin, Kpmax, Pmax Lower and upper limits of power intensity suppression coefficient, allowable power intensity
Kqmin, Kqmax, Qmax Lower and upper limit of temperature intensity suppression coefficient, allowable temperature intensity
Tda, Tdr Attack time and release time of vibration amplitude intensity measurement
Kdmin, Kdmax, Dmax Lower and upper limits of vibration amplitude intensity suppression coefficient, allowable vibration amplitude intensity
図6
Measurement Equipment パラメーター計測ツール
Displacement Sencer ボイスコイル振動振幅センサー
DS 振動振幅センサー
Displacement 振動振幅測定入力
Test Signal 測定用信号出力
Voltage 電圧測定入力
Current 電流測定入力
rs 電流検出用抵抗
Dislacement 振動振幅測定入力
Measurment{G{f,q(t)},Y{f,q(t)},Ra,Qa,Jq(f),Tq(f),D{f,q(t)}}
測定したパラメーター群の出力
FIG.
Measurement Equipment Parameter Measurement Tool
Displacement Sencer Voice coil vibration amplitude sensor
DS vibration amplitude sensor
Displacement Vibration amplitude measurement input
Test Signal Signal output for measurement
Voltage Voltage measurement input
Current Current measurement input
rs Current detection resistor
Dislacement Vibration amplitude measurement input
Measurment {G {f, q (t)}, Y {f, q (t)}, Ra, Qa, Jq (f), Tq (f), D {f, q (t)}}
Output of measured parameters
図7
K11(f),K12(f),K2(f),K3(f) それぞれ、分割帯域別のパワアンプとスピーカー
に対応する帯域別抑制係数
K(f)=K11(f)*K12(f)*K2(f)*K3(f) 総合抑制係数
Power-Amp-1,Power-Amp-2,Power-Amp-3
分割帯域ごとの分割フィルター内蔵のパワアンプ
H1(f),H2(f),H3(f) 分割帯域ごとの分割特性
PA-1,PA-2,PA-3 分割帯域ごとのパワアンプ
Speaker-System-11 分割帯域1の第1のスピーカーシステム
Speaker-System-12 分割帯域1の第2のスピーカーシステム
Speaker-System-2 分割帯域2のスピーカーシステム
Speaker-System-3 分割帯域3のスピーカーシステム
Parameter-set-1,Parameter-set-1,Parameter-set-1
分割帯域ごとのパラメーター群
Signal-Detection-1,Signal-Detection-2,Signal-Detection-3
分割帯域ごとの信号検出
Intensity-Detection-1,Intensity-Detection-2,Intensity-Detection-3
分割帯域ごとの強度検出
FIG.
K11 (f), K12 (f), K2 (f), K3 (f) Power amplifiers and speakers for each divided band
Suppression coefficient for each band corresponding to
K (f) = K11 (f) * K12 (f) * K2 (f) * K3 (f) Overall suppression coefficient
Power-Amp-1, Power-Amp-2, Power-Amp-3
Power amplifier with built-in split filter for each split band
H1 (f), H2 (f), H3 (f) Split characteristics for each split band
PA-1, PA-2, PA-3 Power amplifier for each divided band
Speaker-System-11 1st speaker system with split band 1
Speaker-System-12 Second speaker system with split band 1
Speaker-System-2 Split-band 2 speaker system
Speaker-System-3 Speaker system with 3 split bands
Parameter-set-1, Parameter-set-1, Parameter-set-1
Parameter group for each sub-band
Signal-Detection-1, Signal-Detection-2, Signal-Detection-3
Signal detection for each sub-band
Intensity-Detection-1, Intensity-Detection-2, Intensity-Detection-3
Intensity detection for each sub-band
Claims (5)
安全に引き出すところの、方法と再生装置に関し、
;
再生系が実質上 50Hz から 15000Hz の 300倍 にもなる広帯域であって、聴覚に関わる高品質の電力変換系の大幅な性能改善という課題に対し、公知ではあるが複雑に絡み合って相反する関係にある個々の現象を計算で推定し、統合的に、精密に制御することで信頼性の裏付けの確保と大幅な性能改善を図ろうとする方法と装置に関し、
;
再生信号とは、音楽や放送音の再生の元になる信号とし、
再生しようとする信号が圧縮信号の場合、復調した信号を再生信号とし、
音声信号の周波数範囲は実用的な音響周波数範囲にあるものとし、
強度とは、信号の絶対値 または 最大値 または 実効値 を元にするところの強さの度合いとし、
;
スピーカーユニットとは、電気信号を音響信号に変換する機能とし、
キャビネットとは、スピーカーユニットを組み込むケースとし
共振体とは、スピーカーユニットのボイスコイル振動に起因するエネルギーの授受によって共振するところの、空気振動の共振体と機械振動の共振体のいずれかまたは双方とし、
スピーカーシステムとは、一つまたは複数のスピーカーユニットと、一つまたは複数の共振体と、一つのキャビネットとを組み合わせた装置のこととし、
パワアンプとは、スピーカーシステムを駆動する電力増幅器とし、
ボイスコイルの電圧と電流はスピーカーシステムの入力電圧と入力電流と同じであって、かつ、パワアンプの出力電圧と出力電流とも同じであるとし、
ボイスコイルの熱損失はボイスコイルに流れる電流とボイスコイルの純抵抗によって発生する電力損失と同じであるとし、
;
信号変換とは、
音響信号の用途に適した分解能を持つところの、高速フーリエ変換とその逆変換と、
一次と二次のフィルターの組み合わせによるところの特定の周波数特性を持つフィルターによる信号変換と
インパルス応答特性を積分核とするコンボリューションによる信号変換と、
を意味するものとし、
以下の記述で 信号変換の機能を持つ X(f) で表現されている周波数に依存する表現形式は、一般的にイコラーザーと呼ばれている一次のフィルターと二次のフィルター群の組み合わせによるところの、実用的に必要充分な精度で X(f) を近似した周波数特性で代用するものも含まれるものとし、
;
インピーダンス増大帯域とは、
低音域では主として、
スピーカーユニットの固有の特性とキャビネットが持つ容積との関係で決まるところの共振の性質と
共振体が持つ固有の共振特性と
の相互作用 または 双方に独立した作用によって発生するところの、
そして、共振条件の計算または実験的な修正によって設計されることで、インピーダンスが増大する周波数帯域のこととし、
高音域では主として、
ボイスコイルと周辺の磁気回路とから生じるスピーカーユニットのインダクタンスによるところの、周波数の増大に伴いインピーダンスが増大する周波数帯域のこととし、
;
以下に記述の、
t を時間とし
f を周波数とし、
s(t) を再生信号とし、
Ra と Qa は、ボイスコイルの純抵抗 Ra の測定時刻の温度 Qa とし、
KRq は、ボイスコイルの抵抗の温度係数とし、
q(t) は、後述の計算上のボイスコイル温度とし、
Ra,KRq は設計的に決定される定数とし、
Qa は実測値の環境温度または実測されない場合は設計的に決定される環境温度とし、
;
記号 * は * の左右の項の乗算とし、
記号 / は / の左右の項の除算とし、
記号 {}^2 は {} のの項の自乗とし、
x(t)*X(f) とは
x(t) なる時系列信号が X(f) なる周波数特性を持つ系によって変換された時系列信号であるものとし、
x(t) を
s(t),e(t),r(t),v(t),i(t),p(t),q(t),d(t) のいずれかの時系列の信号とし、
X(f) を
H(f),K(f),G{f,q(t)},Y{f,q(t)},Jq(f),Tq(f),D{f,q(t)},LCd{f,Kd}
のいずれかを含む周波数に依存する定数とし、
;
H(f) を音質仕上げフィルターとし、
H(f) は与えられたパワアンプとスピーカーシステムの組み合わせで s(t) の再生を期待の音質とすべく、信号変換を司るものとし、
H(f) は本案の本質であるところの、再生系の電圧、電流、電力、温度、振動振幅の動作状態の全てが許容範囲内にあるべく制御されていることを前提として設計された装置全体の音質仕上げだけのために、設計的に決定される定数とし、
e(t) を s(t)*H(f) とし、
K(f)*e(t) をパワアンプの入力信号とし、
K(f) は再生系の動作状態が許容範囲内に収まるよう、それぞれの強度を抑制するための詳細を後述の総合抑制係数とし、
;
r(t)={1+KRq*{q(t)-Qa}}*Ra を、温度 q(t) における計算上のボイスコイル純抵抗とし、
{1+KRq*{q(t)-Qa}}*Ra を計算する機能をボイスコイル純抵抗計算機能とし、
;
G{f,q(t)} をボイスコイル電圧周波数特性とし、この値はパワアンプの入力信号に対するスピーカーシステムに供給する電圧の比とし、
G{f,q(t)} はボイスコイルの温度上昇 q(t) に依存するものとし、
G{f,q(t)} の計算式は 実測値から得るかまたは設計的に決定されるものとし、
;
Y{f,q(t)} をボイスコイル電流周波数特性とし、この値はパワアンプの入力信号に対するボイスコイルに供給する電流の比とし、
Y{f,q(t)} はボイスコイルの温度上昇 q(t) に依存するものとし、
Y{f,q(t)} の計算式は 実測値から得るかまたは設計的に決定されるものとし、
;
D{f,q(t)} をボイスコイル振動振幅周波数特性とし、この値はパワアンプの入力信号に対するボイスコイルの振動振幅の比とし、
D{f,q(t)} はボイスコイルの温度上昇 q(t) に依存するものとし、
D{f,q(t)} の計算式は実測値から得るかまたは設計的に決定される定数とし、
;
v(t)=e(t)*K(f)*G{f,q(t)} は、パワアンプの入力が K(f)*e(t) のときの計算上のボイスコイルの電圧とし、
e(t)*K(f)*G{f,q(t)} の計算を司る機能をボイスコイル電圧計算機能とし、
;
i(t)=e(t)*K(f)*Y{f,q(t)} は、 パワアンプの入力が K(f)*e(t) のときの計算上のボイスコイルの電流とし、
e(t)*K(f)*Y{f,q(t)} の計算を司る機能をボイスコイル電流計算機能とし、
;
p(t)=r(t)*{i(t)}^2 は、計算上のボイスコイルの熱損失とし、
r(t)*{i(t)}^2 の計算を司る機能を ボイスコイル熱損失計算機能とし、
;
q(t)=r(t)*{i(t)*J(f)}^2*Tp(f) は、計算上のボイスコイルの温度とし、
r(t)*{i(t)*J(f)}^2*Tq(f) の計算を司る機能をボイスコイル温度計算機能とし、
Jq(f) は、ボイスコイルの振動振幅に依存の放熱条件の影響によるボイスコイル温度上昇の補正係数を電流の値に換算する役割を持つところの、電流換算温度補正係数とし、
ボイスコイルの振動振幅に依存の放熱条件の仕組みの忠実なモデル化は、系が非線形の要素を持つこともあって、計算式が複雑であることから、簡素な計算式で近似する一つの方法として Jq(f) を、周波数特性を持つところの電流の大きさに掛かる係数として計算モデルに組み込むものとし、
Tq(f) は、ボイスコイルの構造を支える周辺部品も含めた熱時定数の大きい放熱条件によるボイスコイルの熱時定数とし、
Jq(f) と Tq(f) の計算式と定数は実測値から得るかまたは設計的に決定されるものとし、
q(t) の値を v(t),i(t),p(t),d(t) の計算に反映するものとし、
q(t) の計算は i(t),p(t) の計算を介して閉ループを形成しているが、q(t) のパラメーターの一つである熱時定数が大きいことと、q(t) の増大が i(t),p(t) の強度の減少に反映されることとから、q(t) が関わる閉ループが発散しない性質を利用するものとし、
;
d(t)=e(t)*K(f)*D{f,q(t)} は、パワアンプの入力が K(f)*e(t) のときの計算上のボイスコイルの振動振幅とし、
e(t)*K(f)*D{f,q(t)} の計算を司る機能をボイスコイル振動振幅計算機能とし、
D{f,q(t)} の計算式は 実測値から得るかまたは設計的に決定されるものとし、
;
K(f)=Kv*Ki*Kp*Kq*LCd{f,Kd} は、ボイスコイルの電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅 のそれぞれの強度を許容値の範囲に抑制する可変係数であって、
電圧強度抑制係数が Kv=Kv{Int{v(t)},Tva,Tvr,Kvmin,Kvmax,Vmax}、
電流強度抑制係数が Ki=Ki{Int{i(t)},Tia,Tir,Kimin,Kimax,Imax}、
熱損強度失抑制係数が Kp=Kp{Int{p(t)},Tpa,Tpr,Kpmin,Kpmax,Pmax}、
温度強度抑制係数が Kq=Kq{{q(t)},Kqmin,Kqmax,Qmax}、
振動振幅強度抑制係数が Kd=Kd{Int{d(t)},Tda,Tdr,Kdmin,Kdmax,Dmax)、
によって計算されるものとし、
Kv*Ki*Kp*Kq*LCd{f,Kd} の計算を司る機能を総合抑制係数計算機能とし、
;
Kv=Kv{Int{v(t)},Tva,Tvr,Kvmin,Kvmax,Vmax} は、Kvmin から Kvmax の範囲で変動するところの可変係数とし、
Kv{} の計算を司る機能を 電圧抑制係数計算機能とし、
Int{v(t)} は 計算上のボイスコイルの電圧 v(t) の強度信号とし、
Int{v(t)} の最大値が Vmax より小さい場合は Kv=Kmax であって、その他の場合は Int{v(t)} の値が Vmax を上回らないよう Kv の値を可変するものとし、
Kv は Int{v(t)} なる電圧強度信号をアタック時定数 Tva 、レリース時定数 Tvr で作用させるものとし、
Tva,Tvr,Kvmin,Kvmax,Vmax の値は設計的に決定される定数とし、
Kv{} の計算式は設計的に決定されるものとし、
;
Ki{Int{i(t)},Tia,Tir,Kimin,Kimax,Imax} は、
Ki{} は Kimin から Kimax の範囲で変動するところの可変係数とし、
Ki{} の計算を司る機能を 電流抑制係数計算機能とし、
Int{i(t)} は 計算上のボイスコイルの電流 i(t) の強度信号とし、
Int{i(t)} の最大値が Imax より小さい場合は Ki=Kimax であって、その他の場合は Int{i(t)} の値が Imax を上回らないよう Ki の値を可変するものとし、
Ki は Int{i(t)} なる電圧強度信号をアタック時定数 Tia 、レリース時定数 Tir で作用させるものとし、
Tia,Tir,Kimax,Kimin,Imax の値は設計的に決定される定数とし、
Ki{} の計算式は設計的に決定されるものとし、
;
Kp{Int{p(t)},Tpa,Tpr,Kpmin,Kpmax,Pmax} は、
Kp{} は Kpmin から Kpmax の範囲で変動するところの可変係数とし、
Kp{} の計算を司る機能を 熱損失抑制係数計算機能とし、
Int{p(t)} は 計算上のボイスコイルの熱損失 p(t) の強度信号とし、
Int{p(t)} の最大値が Pmax より小さい場合は Kp=Kpmax であって、その他の場合は Int{p(t)} の値が Pmax を上回らないよう Kp の値を可変するものとし、
Kp は Int{p(t)} なる電力強度信号をアタック時定数 Tpa 、レリース時定数 Tpr で作用させるものとし、
Tpa,Tpr,Kpmax,Kpmin,Pmax の値は設計的に決定される定数とし、
Kp{} の計算式は設計的に決定されるものとし、
;
Kq{q(t),Tq(f),Kqmin,Kqmax,Qmax} は、
Kq{} は Kqmin から Kqmax の範囲で変動するところの可変係数とし、
Kq{} の計算を司る機能を 温度抑制係数計算機能とし、
q(t) は前述の計算上のボイスコイルの温度とし、
q(t) の最大値が Qmax より小さい場合は Kq=Kqmax であって、その他の場合は q(t) の値が Qmax を上回らないよう Kq の値を可変するものとし、
Kqmax,Kqmin,Qmax の値は設計的に決定される定数とし、
Kq{} の計算式は設計的に決定されるものとし、
;
Kd{Int{d(t)},Tda,Tdr,Kdmin,Kdmax,Dmax} は、
Kd{} は Kdmin から Kdmax の範囲で変動するところの可変係数とし、
Kd{} の計算を司る機能を 振動振幅抑制係数計算機能とし、
Int{d(t)} は 計算上のボイスコイルの振動振幅 d(t) の強度信号とし、
Kd{} は Int{d(t)} なる温度強度信号をアタック定数 Tda 、レリース時定数 Tdr で作用させるものとし、
Kd{} は、計算上のボイスコイルの振動振幅強度の最大値を制限するところの一次または二次の低域遮断特性を持つ可変フィルターの遮断周波数を制御する抑制係数であって、
Kd{} の計算を司る機能を 振動振幅抑制係数計算機能とし、
その遮断周波数の最小周波数を決定する値が Kdmin、最大周波数を決定する値が Kdmax とし、
Int{d(t)} が許容値 Dmax を下回るとき、Kd()=Kdmin であって、その他の場合の
K{} の値は Int{d(t)} が許容値 Dmax を上回らないよう可変するものとし、
Tda,Tdr,Kdmax,Kdmin,Dmax の値は設計的に決定される定数とし、
Kd{} の計算式は設計的に決定されるものとし、
;
Kv,Ki,Kp,Kq,LCd{f,Kd} のそれぞれは独立して機能するものとし、
Kv,Ki,Kp,Kq,LCd{f,Kd} の内、機能させる抑制機能と用途によっては機能させない抑制機能を設計的に決定されるものとし、
機能させない抑制係数を恒常的に 1 とし、
;
音質仕上げフィルター H(f) を有することを第1とし、
ボイスコイルの、
純抵抗計算機能を有することを第2とし、
電圧計算機能と電圧抑制係数計算機能を有することを第3とし、
電流計算機能と電流抑制係数計算機能を有することを第4とし、
熱損失計算機能と熱損失抑制係数計算機能を有することを第5とし、
温度計算機能と温度抑制係数計算機能を有することを第6とし、
振動振幅計算機能と振動振幅抑制係数計算機能を有することを
第7とし、
総合抑制係数計算機能を有することを第8とし、
;
いずれも公知の、
第1と第2と
第3、第4、第5の内、いずれか一つ、または、いずれか二つ、または 全てと、
第5と第6と第8と
を組み合わせることで、音響再生システムの運転状況を計算により推定し、許容動作範囲内において、その音響再生システムが持つ再生能力を最大限引き出すことを特徴とする、音響信号制御方法と再生装置。 To the full potential of a sound reproduction system with a small speaker system, and
Regarding the method and playback device to safely withdraw,
;
Although the reproduction system has a wide band of practically 50 Hz to 300 times as large as 15000 Hz, the problem of a significant improvement in the performance of a high-quality power conversion system related to hearing is well known, but the relationship is intricately intertwined and conflicts. A method and apparatus for calculating certain individual phenomena by calculation and controlling them collectively and precisely to ensure reliability and significantly improve performance.
;
A playback signal is a signal that plays music or broadcast sound.
If the signal to be reproduced is a compressed signal, the demodulated signal is used as a reproduced signal,
The frequency range of the audio signal shall be in the practical sound frequency range,
Intensity is a measure of intensity based on the absolute, maximum, or rms value of a signal.
;
The speaker unit is a function to convert an electric signal to an acoustic signal,
A cabinet is a case that incorporates a speaker unit, and a resonator is one or both of an air vibration resonator and a mechanical vibration resonator that resonate by the transfer of energy due to the voice coil vibration of the speaker unit. ,
A speaker system is a device that combines one or more speaker units, one or more resonators, and one cabinet,
A power amplifier is a power amplifier that drives a speaker system,
The voice coil voltage and current are the same as the input voltage and input current of the speaker system, and the output voltage and output current of the power amplifier are also the same.
The heat loss of the voice coil is the same as the power loss generated by the current flowing through the voice coil and the pure resistance of the voice coil,
;
What is signal conversion?
Fast Fourier transform and its inverse, which have a resolution suitable for the use of acoustic signals,
Signal conversion by a filter having a specific frequency characteristic based on a combination of primary and secondary filters, and signal conversion by a convolution using an impulse response characteristic as an integration kernel;
Shall mean
In the following description, the frequency-dependent expression format represented by X (f), which has the function of signal conversion, is based on the combination of a first-order filter and a second-order filter group, generally called an equalizer. The frequency characteristics that approximate X (f) with sufficient accuracy for practical use are also included.
;
The impedance increase band is
In the bass range,
The interaction between the characteristic of the resonance, which is determined by the characteristic characteristic of the speaker unit and the volume of the cabinet, and the characteristic resonance characteristic of the resonator, or the operation that is independent of both,
And it is a frequency band where the impedance increases by being designed by calculating the resonance condition or by experimental correction,
In the treble range,
It is a frequency band where the impedance increases with the increase in frequency due to the inductance of the speaker unit generated from the voice coil and the surrounding magnetic circuit,
;
As described below,
t is time
f is the frequency,
Let s (t) be the playback signal,
Ra and Qa are the temperature Qa at the measurement time of the pure resistance Ra of the voice coil,
KRq is the temperature coefficient of the voice coil resistance,
q (t) is the voice coil temperature in the calculation described later,
Ra and KRq are constants determined by design,
Qa is the measured ambient temperature or the ambient temperature determined by design if not measured,
;
The symbol * is the multiplication of the left and right terms of *,
The symbol / is the division of the left and right terms of /
The symbol {} ^ 2 is the square of the term {},
What is x (t) * X (f)
It is assumed that a time series signal x (t) is a time series signal converted by a system having a frequency characteristic of X (f),
x (t)
s (t), e (t), r (t), v (t), i (t), p (t), q (t), d (t)
X (f)
H (f), K (f), G {f, q (t)}, Y {f, q (t)}, Jq (f), Tq (f), D {f, q (t)}, LCd {f, Kd}
And a frequency-dependent constant that includes
;
H (f) is the sound quality finishing filter,
H (f) is responsible for signal conversion in order to obtain the expected sound quality of s (t) with the given combination of power amplifier and speaker system,
H (f) is a device designed on the premise that all the operating conditions of the regeneration system voltage, current, power, temperature and vibration amplitude are controlled to be within the allowable range, which is the essence of the present invention. It is a constant determined by design only for the overall sound quality finish,
e (t) is s (t) * H (f),
Let K (f) * e (t) be the input signal of the power amplifier,
K (f) is a comprehensive suppression coefficient, which will be described later, for the details of suppressing each strength so that the operation state of the reproduction system falls within the allowable range.
;
r (t) = {1 + KRq * {q (t) -Qa}} * Ra is the calculated voice coil net resistance at temperature q (t),
The function to calculate {1 + KRq * {q (t) -Qa}} * Ra is a voice coil pure resistance calculation function,
;
G {f, q (t)} is the voice coil voltage-frequency characteristic, and this value is the ratio of the voltage supplied to the speaker system to the input signal of the power amplifier,
G {f, q (t)} depends on the temperature rise q (t) of the voice coil,
The formula of G {f, q (t)} shall be obtained from actual measurement or determined by design,
;
Y {f, q (t)} is the voice coil current frequency characteristic, and this value is the ratio of the current supplied to the voice coil to the input signal of the power amplifier,
Y {f, q (t)} depends on the temperature rise q (t) of the voice coil,
The formula for calculating Y {f, q (t)} shall be obtained from actual measurements or determined by design,
;
D {f, q (t)} is the voice coil vibration amplitude frequency characteristic, and this value is the ratio of the voice coil vibration amplitude to the input signal of the power amplifier,
D {f, q (t)} depends on the temperature rise q (t) of the voice coil.
The formula of D {f, q (t)} is a constant obtained from actual measurement or determined by design,
;
v (t) = e (t) * K (f) * G {f, q (t)} is the calculated voice coil voltage when the input of the power amplifier is K (f) * e (t). ,
The function of calculating e (t) * K (f) * G {f, q (t)} is a voice coil voltage calculation function.
;
i (t) = e (t) * K (f) * Y {f, q (t)} is the calculated voice coil current when the input of the power amplifier is K (f) * e (t). ,
The function of calculating e (t) * K (f) * Y {f, q (t)} is a voice coil current calculation function.
;
p (t) = r (t) * {i (t)} ^ 2 is the calculated voice coil heat loss,
The function of calculating r (t) * {i (t)} ^ 2 is the voice coil heat loss calculation function.
;
q (t) = r (t) * {i (t) * J (f)} ^ 2 * Tp (f) is the calculated voice coil temperature,
The function of calculating r (t) * {i (t) * J (f)} ^ 2 * Tq (f) is a voice coil temperature calculation function.
Jq (f) is a current conversion temperature correction coefficient, which has a role of converting a correction coefficient of a voice coil temperature rise due to an effect of heat radiation conditions depending on a vibration amplitude of the voice coil into a current value,
Faithful modeling of the mechanism of heat radiation conditions that depends on the vibration amplitude of the voice coil is a method that approximates with a simple calculation formula because the calculation formula is complicated because the system has nonlinear elements. And incorporate Jq (f) into the calculation model as a factor that multiplies the magnitude of the current having frequency characteristics.
Tq (f) is the thermal time constant of the voice coil under the heat radiation condition with a large thermal time constant including the peripheral parts supporting the voice coil structure,
The formulas and constants for Jq (f) and Tq (f) shall be obtained from actual measurements or determined by design,
The value of q (t) shall be reflected in the calculation of v (t), i (t), p (t), d (t),
The calculation of q (t) forms a closed loop through the calculation of i (t) and p (t), but the thermal time constant, one of the parameters of q (t), is large, and q (t) Since the increase in t) is reflected in the decrease in the intensity of i (t), p (t), we use the property that the closed loop involving q (t) does not diverge,
;
d (t) = e (t) * K (f) * D {f, q (t)} is the calculated vibration amplitude of the voice coil when the input of the power amplifier is K (f) * e (t) age,
The function of calculating e (t) * K (f) * D {f, q (t)} is a voice coil vibration amplitude calculation function,
The formula of D {f, q (t)} shall be obtained from actual measurement or determined by design,
;
K (f) = Kv * Ki * Kp * Kq * LCd {f, Kd} is a variable coefficient that controls the strength of the voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude of the voice coil within the allowable range. So,
When the voltage intensity suppression coefficient is Kv = Kv {Int {v (t)}, Tva, Tvr, Kvmin, Kvmax, Vmax},
The current intensity suppression coefficient is Ki = Ki {Int {i (t)}, Tia, Tir, Kimin, Kimax, Imax},
The heat loss strength loss suppression coefficient is Kp = Kp {Int {p (t)}, Tpa, Tpr, Kpmin, Kpmax, Pmax},
The temperature intensity suppression coefficient is Kq = Kq {{q (t)}, Kqmin, Kqmax, Qmax},
The vibration amplitude intensity suppression coefficient is Kd = Kd {Int {d (t)}, Tda, Tdr, Kdmin, Kdmax, Dmax),
Shall be calculated by
The function of calculating Kv * Ki * Kp * Kq * LCd {f, Kd} is the total suppression coefficient calculation function,
;
Kv = Kv {Int {v (t)}, Tva, Tvr, Kvmin, Kvmax, Vmax} is a variable coefficient that varies from Kvmin to Kvmax,
The function that governs the calculation of Kv {} is the voltage suppression coefficient calculation function,
Int {v (t)} is the calculated intensity signal of the voice coil voltage v (t),
If the maximum value of Int {v (t)} is smaller than Vmax, Kv = Kmax; otherwise, the value of Kv shall be varied so that the value of Int {v (t)} does not exceed Vmax. ,
Kv acts on the voltage intensity signal Int {v (t)} with an attack time constant Tva and a release time constant Tvr,
The values of Tva, Tvr, Kvmin, Kvmax, Vmax are constants determined by design,
The formula for calculating Kv {} shall be determined by design,
;
Ki {Int {i (t)}, Tia, Tir, Kimin, Kimax, Imax} is
Ki {} is a variable coefficient that varies from Kimin to Kimax,
The function that controls the calculation of Ki {} is the current suppression coefficient calculation function,
Int {i (t)} is the intensity signal of the calculated voice coil current i (t),
If the maximum value of Int {i (t)} is smaller than Imax, then Ki = Kimax; otherwise, the value of Ki shall be variable so that the value of Int {i (t)} does not exceed Imax. ,
Ki acts on the voltage intensity signal Int {i (t)} with an attack time constant Tia and a release time constant Tir,
The values of Tia, Tir, Kimax, Kimin, Imax are constants determined by design,
The formula of Ki {} is determined by design,
;
Kp {Int {p (t)}, Tpa, Tpr, Kpmin, Kpmax, Pmax} is
Kp {} is a variable coefficient that varies from Kpmin to Kpmax,
The function responsible for calculating Kp {} is the heat loss suppression coefficient calculation function,
Int {p (t)} is the intensity signal of the calculated heat loss p (t) of the voice coil,
If the maximum value of Int {p (t)} is smaller than Pmax, Kp = Kpmax; otherwise, change the value of Kp so that the value of Int {p (t)} does not exceed Pmax. ,
Kp acts on the power intensity signal of Int {p (t)} with an attack time constant Tpa and a release time constant Tpr,
The values of Tpa, Tpr, Kpmax, Kpmin, Pmax are constants determined by design,
The formula for calculating Kp {} shall be determined by design,
;
Kq {q (t), Tq (f), Kqmin, Kqmax, Qmax} is
Kq {} is a variable coefficient that varies from Kqmin to Kqmax,
The function that controls the calculation of Kq {} is the temperature suppression coefficient calculation function,
q (t) is the voice coil temperature in the above calculation,
If the maximum value of q (t) is smaller than Qmax, Kq = Kqmax; otherwise, the value of Kq shall be variable so that the value of q (t) does not exceed Qmax,
The values of Kqmax, Kqmin, Qmax are constants determined by design,
The formula of Kq {} shall be determined by design,
;
Kd {Int {d (t)}, Tda, Tdr, Kdmin, Kdmax, Dmax} is
Kd {} is a variable coefficient that varies from Kdmin to Kdmax,
The function that controls the calculation of Kd {} is the vibration amplitude suppression coefficient calculation function,
Int {d (t)} is the calculated intensity signal of the voice coil vibration amplitude d (t),
Kd {} acts on the temperature intensity signal Int {d (t)} with an attack constant Tda and a release time constant Tdr,
Kd {} is a suppression coefficient for controlling a cutoff frequency of a variable filter having a first-order or second-order low-frequency cutoff characteristic, which limits a maximum value of a vibration amplitude intensity of a calculated voice coil,
The function that controls the calculation of Kd {} is the vibration amplitude suppression coefficient calculation function,
The value that determines the minimum frequency of the cutoff frequency is Kdmin, the value that determines the maximum frequency is Kdmax,
When Int {d (t)} is below the tolerance Dmax, Kd () = Kdmin and in other cases
The value of K {} shall be variable such that Int {d (t)} does not exceed the allowable value Dmax,
The values of Tda, Tdr, Kdmax, Kdmin, Dmax are constants determined by design,
The formula for calculating Kd {} shall be determined by design,
;
Each of Kv, Ki, Kp, Kq, LCd {f, Kd} shall function independently,
Of Kv, Ki, Kp, Kq, LCd {f, Kd}, the suppression function to be operated and the suppression function not to be operated depending on the application shall be determined by design,
The suppression factor that does not function is constantly set to 1,
;
First, having a sound quality finishing filter H (f),
Of voice coil,
The second is to have a pure resistance calculation function,
The third is to have a voltage calculation function and a voltage suppression coefficient calculation function,
Fourth, having a current calculation function and a current suppression coefficient calculation function,
Fifth, having a heat loss calculation function and a heat loss suppression coefficient calculation function,
The sixth is to have a temperature calculation function and a temperature suppression coefficient calculation function,
Seventh, having a vibration amplitude calculation function and a vibration amplitude suppression coefficient calculation function,
The eighth is to have a total suppression coefficient calculation function,
;
Both are known,
Any one, or any two, or all of the first, second, third, fourth, and fifth,
By combining the fifth, sixth, and eighth, the operating state of the sound reproduction system is estimated by calculation, and within the allowable operation range, the reproduction capability of the sound reproduction system is maximized. Sound signal control method and playback device.
長時間を要するパラメーターの実測と、
測定結果から請求項1の計算式に組み込むに必要なパラメーターの表現形式への変換と、
が設計現場にとっては複雑な業務を要するとろのパラメーターの決定のための環境の改善に関する自動化の方法と装置に関し、
;
請求項1に記述の用語を適用するものとし、
ABS{} は {} 内の絶対値とし、
;
環境温度の実測値 Qa におけるボイスコイルの純抵抗の実測値 を Ra とし、
;
パワアンプからスピーカーシステムに接続する2本の出力端の差電圧をディジタル信号に変換する機能を電圧測定機能とし、
電圧測定機能が出力する信号を vo(t) とし、
;
パワアンプからスピーカーシステムに接続する2本の線の内の一方に、
スピーカーシステムの固有のインピーダンスに比べ微少な抵抗値の電流検出用の抵抗器を接続し、
その抵抗器の両端の電圧の差電圧をディジタル信号に変換することで、
スピーカーシステムに流れる電流を測定するところの機能を電流測定機能とし、
電流測定機能が出力する信号を io(t) とし、
;
スピーカーシステムのコーンの中央部の面の振動を検出し、検出した振動振幅信号をディジタル信号に変換する機能を振動振幅測定機能とし、
振動振幅測定機能が出力する信号を xo(t) とし、
;
s(t) に測定用信号を用いるとし、
測定用信号は、ホワイトノイズとM系列と正弦波スイープのいずれかであるとし、
s(t) を周波数軸で表現した信号を S(f) とし、
H(f) を 1 とし、
K(f) を恒常的に1 とし、
以下に記述の 時系列信号を周波数信号に変換する機能は、公知である高速フーリエ変換を用いることとし、
;
既知の信号である s(t) から 測定で得られた vo(t) を周波数軸で表現した信号を
Vo(f) とし、
Go(f)=Vo(f)/S(f) を算出する機能を ボイスコイル電圧周波数特性測定機能とし、
;
既知の信号である s(t) から 測定で得られた io(t) を周波数軸で表現した信号を
Io(f) とし、
Yo(f)=Io(f)/S(f) を算出する機能を ボイスコイル電流周波数特性測定機能とし、
;
既知の信号である s(t) から 測定で得られた xo(t) を周波数軸で表現した信号を
Xo(f) とし、
Do(f)=Xo(f)/S(f) を算出する機能を ボイスコイル振動振幅周波数特性測定機能とし、
;
設計的に決定される周波数範囲の中で ABS{Vo(f)/Io(f)} の強度が極小値の周波数を
Fzmin とし、
Fzmin を検出する機能を ボイスコイル極小インピーダンス周波数検出機能とし、
Fzmin における ABS{Vo(f)/Io(f)} を Rmin とし、
Rmin を得る機能をボイスコイル抵抗測定機能とし、
Rmin と、Qa と Ra から算出するボイスコイルの温度を q(t) とし、
q(t) の計算式は設計的に決定されるものとし、
q(t) を計算する機能をボイスコイル温度計算機能とし、
;
Fzmin における Rmin の値がボイスコイルの温度に依存することを利用し、既知であるボイスコイルの抵抗温度係数を元に、ボイスコイル温度測定機能が動作する時間区間の s(t) の強度はボイスコイルの温度測定に実用上必要充分な精度の確保に影響を与えない強度の s(t) とし、
測定のための s(t) の強度と測定時間は設計的に決定されるものとし、
;
G{f,q(t)} と Y{f,q(t)} はそれぞれ、
ボイスコイル温度 q(t) に依存するG{f}、Y{f)} とし、
請求項1に記述の G{f,q(t)} と Y{f,q(t)} に供するサンプルデータを得るに必要な ボイスコイルの電流強度を Io1,Io2,Io3,,,Ion,,,Iou とし、
n=1,2,3,,,,,u とするところの Ion における
G{f,q(t)} を G1{f},G2{f},G3{f},,,Gn{f},,,Gu{f} とし、
Y{f,q(t)} を Y1{f},Y2{f},Y3{f},,,Yn{f},,,Yu{f} とし、
D{f,q(t)} を D1{f},D2{f},D3{f},,,Dn{f},,,Du{f} とし、
n=1,2,3,,,,,u とするところのそれぞれの Ion における Gn(f),Yn(f),Dn(f) をそれぞれ、
温度依存電圧周波数特性群、
温度依存電流周波数特性群、
温度依存振動振幅周波数特性群とし、
これらの特性群はそれぞれ、請求項1に記述の v(t),i(t),d(t) の計算を司る機能の中のボイスコイルの温度を反映する計算に供するものとし、
これらの特性群を得る機能のそれぞれを
温度依存電圧周波数特性群測定機能、
温度依存電流周波数特性群測定機能、
温度依存振動振幅周波数特性群測定機能とし、
電流強度のサンプル数は、実用上、特性の温度影響の精度を確保するに必要充分な数として設計的に決定されるものとし、
;
ボイスコイル温度 q(t) に依存するボイスコイルの振動振幅周波数特性 D{f,q(t)} のサンプルデータを得る必要なサンプル周波数を f1,f2,f3,,,fn,,,fb とし、
ボイスコイルの温度の時間経過に依存するファクターの測定を目的とするサンプル時間を環境温度 Qa の状態から始まるところの t1,t2,t3,,,tm,,,tc とし、
温度の測定区間は、測定に必要な一定強度の Io(t) をボイスコイルに供給するものとし、
サンプル周波数とサンプル時間の数は、設計的に決定されるものとし、
各サンプル時間における
測定で得られたボイスコイルの温度のサンプル群を
n 1,2,3,,,,b とし、m を 1,2,3,,,,,c とするところの
Temp{fn,tm} とし、
Temp{fn,tm} は、各サンプル周波数ごとに、Io(t) の強度がリアルタイムで一定値に制御された条件での測定結果であるものとし、
n と m を設計的に決定したデータ番号とするところの、
時刻 tm における 振動周波数に依存するボイスコイルの温度を
Temp-1m,Temp-2m,Temp-3m,,,Temp-nm,,,Temp-bm とし、
各温度の値を Temp-nm で除した値を
Ratio-1m,Ratio-2m,Ratio-3m,,,Ratio-nm,,,,Ratiobm とし、
この値の平方根を周波数軸上にプロットした周波数特性の近似特性を Jqo(f) とし、
Jqo(f) をボイスコイル電流換算温度補正係数とし、
Jqo(f) を請求項1に記述の Jq(f) として q(t) の計算を司る機能が参照する定数とし、
Jqo(f) を得る機能をボイスコイル電流換算温度補正係数計算機能とし、
;
Temp{fn,tm} のデータ群の n を設計的に決定したデータ番号とするところの、
時間経過 tm に依存するボイスコイルの温度を
Temp-n1,Temp-n2,Temp-n3,,,Temp-nm,,,Temp-nc とし、
各温度の値を Temp-nc で除した時系列データ群を
Ratio-c1,Ratio-c2,Ratio-c3,,,Ratio-cn,,,,Ratio-cb とし、
この時系列データ群に最も近似の時系列データ群
{1-e^-(t1/A)},{1-e^-(t2/A)},{1-e^-(t3/A)},,,{1-e^-(tm/A)},,,{1-e^-(tc/A)}
を満足する A を求める機能を ボイスコイル熱時定数計算機能とし、
t を時間とし、A を時定数とするところの
{1-{e^-(t/A)}}*Temp-nc/{Int{Io(t)}} をボイスコイルの温度過渡応答特性とし、
温度過渡応答特性の時間の微分係数であるところの
{e^-(t/A)}*Temp-nc/{Int{Io(t)}*A} をボイスコイルの温度インパルス応答特性とし、
温度過渡応答特性に対応するところの温度周波数特性を、
j を虚数単位、pai を円周率とするところの、
{Temp-nc/{Int{Io(t)}*A}}*{1+j*2*pai/A}^-1 とし、
上記、温度インパルス応答特性と温度周波数特性とのいずれかを
請求項1に記述の q(t) の計算に必要な Tq(f) とするものとし、
Tq(f) の算出する機能をを熱時定数特性計算機能とし、
Tq(f) の計算式は設計的に決定されるものとし、
請求項1の q(t) の計算に必要な定数は、
計算温度インパルス応答特性を使う場合はコンボリューション積分の積分核として、
温度周波数特性を使う場合は一次のフィルターとして、
設計的に決定された形式が選択されるものとし、
;
ボイスコイルの、
電圧測定機能を有することを第1とし、
電流測定機能を有することを第2とし、
振動振幅測定機能を有することを第3とし、
電圧周波数特性測定機能を有することを第4とし、
電流周波数特性測定機能を有することを第5とし、
振動振幅周波数特性測定機能を有することを第6とし、
極小インピーダンス検出機能を有すること第7とし、
抵抗測定機能を有することを第8とし、
温度測定機能を有すること第9とし、
温度依存電圧周波数特性群測定機能を有することを第10とし、
温度依存電流周波数特性群測定機能を有することを第11とし、
温度依存振動振幅周波数特性群測定機能を有することを第12とし、
電流換算温度補正係数計算機能を有すること第13とし、
熱時定数計算機能を有すること第14とし、
熱時定数特性計算機能を有すること第15とし、
第1と第2と第3と第4と第5と第6と第7と第8と第9と第10と第11と第12と
第13と第14と第15 を有し、
Go{f,q(t)},Yo{f,q(t)},Joq(f),Toq(f),Do{f,q(t)} とをそれぞれ
請求項1に記述の G{f,q(t)},Y{f,q(t)},Jq(f),Tq(f),D{f,q(t)}
として対応させて出力し、加えて Fzmin を出力する機能を有するところの、パラメーター群の測定装置。 The sound signal reproducing method and the reproducing device according to claim 1, characterized in that the reproducing capability of the sound reproducing device is maximized.
Measurement of parameters that take a long time,
Converting the measurement result into an expression form of parameters necessary for incorporating in the calculation formula of claim 1;
Said the method and apparatus for automation of improving the environment for the determination of parameters that required complex tasks for the design site.
;
The terms described in claim 1 shall apply,
ABS {} is the absolute value in {},
;
Ra is the actual measured value of the voice coil's pure resistance at the measured ambient temperature Qa.
;
The function of converting the difference voltage between the two output terminals connected from the power amplifier to the speaker system to a digital signal is a voltage measurement function,
The signal output by the voltage measurement function is vo (t),
;
On one of the two wires connecting the power amplifier to the speaker system,
Connect a resistor for current detection with a small resistance value compared to the inherent impedance of the speaker system,
By converting the difference voltage between the voltages across the resistor into a digital signal,
The function of measuring the current flowing through the speaker system is the current measurement function,
The signal output by the current measurement function is io (t),
;
The function of detecting the vibration of the central part of the cone of the speaker system and converting the detected vibration amplitude signal to a digital signal is a vibration amplitude measurement function.
The signal output by the vibration amplitude measurement function is xo (t),
;
Assuming that the measurement signal is used for s (t),
The measurement signal is one of white noise, M-sequence, and sine wave sweep,
Let S (f) be the signal representing s (t) on the frequency axis,
Let H (f) be 1,
K (f) is always 1 and
The function of converting a time-series signal to a frequency signal described below uses a known fast Fourier transform,
;
A signal expressing vo (t) obtained by measurement from s (t), which is a known signal, on the frequency axis
Vo (f)
The function to calculate Go (f) = Vo (f) / S (f) is a voice coil voltage frequency characteristic measurement function,
;
A signal that represents io (t) obtained by measurement from s (t), which is a known signal, on the frequency axis
Io (f),
The function to calculate Yo (f) = Io (f) / S (f) is a voice coil current frequency characteristic measurement function.
;
A signal that expresses xo (t) obtained by measurement from the known signal s (t) on the frequency axis
Xo (f),
The function to calculate Do (f) = Xo (f) / S (f) is a voice coil vibration amplitude frequency characteristic measurement function,
;
The frequency at which the strength of ABS {Vo (f) / Io (f)} is minimal within the frequency range determined by design
Fzmin,
The function to detect Fzmin is a voice coil minimum impedance frequency detection function,
Let ABS {Vo (f) / Io (f)} at Fzmin be Rmin,
The function to obtain Rmin is the voice coil resistance measurement function,
Let q (t) be the voice coil temperature calculated from Rmin, Qa and Ra,
The formula for calculating q (t) shall be determined by design, and
The function to calculate q (t) is a voice coil temperature calculation function,
;
Using the fact that the value of Rmin at Fzmin depends on the temperature of the voice coil, the strength of s (t) in the time interval during which the voice coil temperature measurement function operates is based on the known temperature coefficient of resistance of the voice coil. S (t) of strength that does not affect the practically necessary and sufficient accuracy of coil temperature measurement,
The intensity of s (t) for the measurement and the measurement time shall be determined by design,
;
G {f, q (t)} and Y {f, q (t)} are
Let G {f}, Y {f)} depend on the voice coil temperature q (t),
The current intensity of the voice coil required to obtain the sample data for G {f, q (t)} and Y {f, q (t)} described in claim 1 is represented by Io1, Io2, Io3,, Ion, ,, Iou
In Ion where n = 1,2,3 ,,,,, u
Let G {f, q (t)} be G1 {f}, G2 {f}, G3 {f} ,, Gn {f} ,, Gu {f},
Let Y {f, q (t)} be Y1 {f}, Y2 {f}, Y3 {f} ,,, Yn {f} ,, Yu {f}
Let D {f, q (t)} be D1 {f}, D2 {f}, D3 {f} ,, Dn {f} ,, Du {f},
Gn (f), Yn (f), and Dn (f) at each Ion where n = 1, 2, 3, ..., u
Temperature-dependent voltage-frequency characteristics group,
Temperature-dependent current-frequency characteristics group,
Temperature dependent vibration amplitude frequency characteristics group,
Each of these characteristic groups shall be subjected to a calculation reflecting the temperature of the voice coil in the function for controlling the calculation of v (t), i (t), d (t) described in claim 1,
Each of the functions for obtaining these characteristic groups is a temperature-dependent voltage-frequency characteristic group measurement function,
Temperature dependent current frequency characteristics group measurement function,
Temperature dependent vibration amplitude frequency characteristics group measurement function,
The number of samples of the current intensity is practically determined by design as a necessary and sufficient number to secure the accuracy of the temperature influence of the characteristics,
;
Let f1, f2, f3 ,,, fn ,,, fb be the sample frequencies required to obtain the sample data of the voice amplitude frequency characteristics D {f, q (t)} that depend on the voice coil temperature q (t). ,
Let t1, t2, t3 ,, tm ,,, tc be the sample time for the purpose of measuring the factor depending on the elapsed time of the voice coil temperature, starting from the state of the environmental temperature Qa,
In the temperature measurement section, Io (t) of constant strength required for measurement shall be supplied to the voice coil,
The number of sample frequencies and sample times shall be determined by design,
A sample group of voice coil temperatures obtained by measurement at each sample time
where n 1,2,3 ,,, b and m is 1,2,3 ,,,, c
Temp {fn, tm},
Temp {fn, tm} is the measurement result under the condition that the intensity of Io (t) is controlled to a constant value in real time for each sample frequency,
where n and m are data numbers determined by design,
The temperature of the voice coil depending on the vibration frequency at time tm is
Temp-1m, Temp-2m, Temp-3m ,,, Temp-nm ,,, Temp-bm
The value obtained by dividing each temperature value by Temp-nm
Ratio-1m, Ratio-2m, Ratio-3m ,,, Ratio-nm ,,,, Ratiobm,
Jqo (f) is the approximate characteristic of the frequency characteristic plotting the square root of this value on the frequency axis,
Jqo (f) is the voice coil current conversion temperature correction coefficient,
Let Jqo (f) be a constant referred to by the function responsible for calculating q (t) as Jq (f) described in claim 1,
The function to obtain Jqo (f) is a voice coil current conversion temperature correction coefficient calculation function,
;
Where n in the data group of Temp {fn, tm} is a data number determined by design,
The temperature of the voice coil that depends on the time lapse tm
Temp-n1, Temp-n2, Temp-n3 ,,, Temp-nm ,,, Temp-nc
Time-series data group obtained by dividing each temperature value by Temp-nc
Ratio-c1, Ratio-c2, Ratio-c3 ,,, Ratio-cn ,,,, Ratio-cb,
The time series data group most similar to this time series data group
{1-e ^-(t1 / A)}, {1-e ^-(t2 / A)}, {1-e ^-(t3 / A)} ,,, {1-e ^-(tm / A)} ,,, {1-e ^-(tc / A)}
The function to find A that satisfies is the voice coil thermal time constant calculation function,
where t is time and A is time constant
{1- {e ^-(t / A)}} * Temp-nc / {Int {Io (t)}} is the voice coil temperature transient response,
The time derivative of the temperature transient response
{e ^-(t / A)} * Temp-nc / {Int {Io (t)} * A} is the temperature impulse response of the voice coil,
The temperature frequency characteristic corresponding to the temperature transient response characteristic
where j is the imaginary unit and pai is the pi,
{Temp-nc / {Int {Io (t)} * A}} * {1 + j * 2 * pai / A} ^-1
One of the temperature impulse response characteristic and the temperature frequency characteristic is defined as Tq (f) required for calculating q (t) described in claim 1.
The function to calculate Tq (f) is a thermal time constant characteristic calculation function,
The formula for calculating Tq (f) shall be determined by design, and
The constant required to calculate q (t) in claim 1 is
When using the calculated temperature impulse response characteristics, as the integration kernel of the convolution integration,
When using temperature frequency characteristics,
The format determined by design shall be selected,
;
Of voice coil,
The first is to have a voltage measurement function,
Second, having a current measurement function,
Third, having a vibration amplitude measurement function,
The fourth is to have a voltage frequency characteristic measurement function,
Fifth, having a current frequency characteristic measurement function,
The sixth is to have a vibration amplitude frequency characteristic measurement function,
Seventh, having a minimum impedance detection function,
Eighth, having a resistance measurement function,
Ninth having temperature measurement function,
Having a temperature-dependent voltage-frequency characteristic group measurement function as a tenth,
Eleventh is to have a temperature-dependent current frequency characteristic group measurement function,
Having the temperature-dependent vibration amplitude frequency characteristic group measurement function as a twelfth,
Thirteenth, having a current conversion temperature correction coefficient calculation function,
Fourteenth, having a thermal time constant calculation function,
Fifteenth, having a function of calculating thermal time constant characteristics,
First, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh, twelfth, thirteenth, and fifteenth,
Go {f, q (t)}, Yo {f, q (t)}, Joq (f), Toq (f), Do {f, q (t)} f, q (t)}, Y {f, q (t)}, Jq (f), Tq (f), D {f, q (t)}
A parameter group measurement device that has the function of outputting in correspondence with and outputting Fzmin.
{}^0.5 は {}の項の平方根とし、
請求項1に記述の、インピーダンス増大帯域の極大点にあるインピーダンスを Zmax とし、
ボイスコイルが持つ実測による抵抗値またはスピーカーユニットの公称インピーダンスを R とするとき、
ABS{Zmax/R} を A とし、
スピーカーシステムの実測定格最大電力または公称定格最大電力を Prated とし、
パワアンプが出力する無歪み最大実効電圧を Vrated とし、
;
Vrated={Prated*R*A}^0.5 の計算により ボイスコイルの純抵抗 R を基準としてパワアアンプの無歪み最大出力実効電圧を決定する方法を第1とし、
;
Vrated={Prated*R*A}^0.5 の計算により パワアンプの無歪み最大出力実効電圧
Vrated を基準として ボイスコイルの純抵抗 R または 公称インピーダンスを決定する方法を第2とし、
;
第1と第2の手法のいずれかを採用した場合、スピーカーシステムのインピーダンスの値が極小になる周波数帯域では、
ボイスコイルの最大熱損失が 従来の A倍 となる不都合の回避のために、
請求項1に記述の、
ボイスコイルの、
純抵抗計算機能を有することを第3とし、
電圧計算機能と電圧抑制係数計算機能を有することを第4とし、
電流計算機能と電流抑制係数計算機能を有することを第5とし、
熱損失計算機能と熱損失抑制係数計算機能を有することを第6とし、
温度計算機能と温度抑制係数計算機能を有することを第7とし、
振動振幅計算機能と振動振幅抑制係数計算機能を有することを第8とし、
総合抑制係数計算機能を有することを第9とし、
第1と第2のいずれかと、
いずれも公知の、
第3と
第4、第5、第6の内、いずれか一つ、または、いずれか二つ、または 全てと、
第7と第8と第9と
を組み合わせることで、音響再生システムの運転状況を計算により推定し、許容動作範囲内において、その音響再生システムが持つ再生能力を最大限引き出すことを特徴とする、音響信号制御方法と再生装置。 The terms described in claim 1 shall apply,
{} ^ 0.5 is the square root of the term {},
The impedance at the maximum point of the impedance increase band described in claim 1 is Zmax,
When the measured resistance value of the voice coil or the nominal impedance of the speaker unit is R,
ABS {Zmax / R} is A,
The actual measured maximum power or the nominal maximum power of the speaker system is Prated,
Let Vrated be the maximum effective distortion-free effective voltage output by the power amplifier,
;
The first method is to determine the distortion-free maximum output effective voltage of the power amplifier based on the pure resistance R of the voice coil by calculating Vrated = {Prated * R * A} ^ 0.5,
;
By calculating Vrated = {Prated * R * A} ^ 0.5, the distortion-free maximum output effective voltage of the power amplifier
The second method is to determine the pure resistance R or the nominal impedance of the voice coil based on Vrated.
;
When either of the first and second methods is adopted, in a frequency band where the impedance value of the speaker system is minimized,
In order to avoid the disadvantage that the maximum heat loss of the voice coil is A times larger than before,
Claim 1.
Of voice coil,
Third, having a pure resistance calculation function,
The fourth is to have a voltage calculation function and a voltage suppression coefficient calculation function,
Fifth, having a current calculation function and a current suppression coefficient calculation function,
Sixth, having a heat loss calculation function and a heat loss suppression coefficient calculation function,
Seventh, having a temperature calculation function and a temperature suppression coefficient calculation function,
Eighth, having a vibration amplitude calculation function and a vibration amplitude suppression coefficient calculation function,
The ninth is to have a total suppression coefficient calculation function,
Either the first or the second,
Both are known,
Any one, or any two, or all of the third and fourth, fifth, and sixth,
By combining the seventh, the eighth, and the ninth, the operation state of the sound reproduction system is estimated by calculation, and within the allowable operation range, the reproduction capability of the sound reproduction system is maximized. Sound signal control method and playback device.
請求項1の r(t),q(t),i(t) を算出する系において r(t),q(t),i(t) のいずれもが いずれにも影響を与える、という性質を持つことで、一連の計算過程が閉ループを形成していることによる、計算誤差への影響を軽減する方法に関し、
計算上のボイスコイルの純抵抗が r(t)={1+KRq*{q(t)-Qa}}*Ra として、計算上のボイスコイルの温度 q(t) から計算される値が、
Fzmin におけるインピーダンスとして計算できるところの r(t) と一致していなければならない、という命題を検証し、一定値以上の乖離を検出した場合、
何らかの修正を加える、その方法に関し、請求項1に記述の、
e(t)*K(f)*G{f,q(t)}=s(t)*H(f)*K(f)*G{f,q(t)} から計算される v(t) を高速フーリエ変換した信号を V(f) とし、
e(t)*K(f)*Y{f,q(t)}=s(t)*H(f)*K(f)*G{f,q(t)} から計算される i(t) を高速フーリエ変換した信号を I(f) とし、
設計的に決定される周波数範囲の中で ABS{V(f)/I(f)} の強度が極小値の周波数を Fzmin とする かまたは 設計的に決定された Fzmin とするところの、
v(t) の強度を Int{v(t)} とし、
i(t) の強度を Int{i(t)} とし、
Fzmin における ABS{V(f)/I(f)} を rvi(t) とし、
{Int{r(t)}-Int{rvi(t)}}/Int{r(t)} が +Error の値を超えた場合、
{Int{r(t)}-Int{rvi(t)}}/Int{r(t)} が +Error の値を超えないよう、
q(t) の値を減少させ、
{Int{r(t)}-Int{rvi(t)}}/Int{r(t)} が -Error の値を超えた場合、
{Int{r(t)}-Int{rvi(t)}}/Int{r(t)} が -Error の値を超えないよう、
q(t) の値を増加させ、
r(t) と rvi(t) が一定限度以上乖離しないよう作用させる機能を、
計算上のボイスコイル温度修正機能とし、
計算上のボイスコイル温度修正機能を有することを 第1 とし、
修正後の q(t) を qcomp(t) とし、
qcomp(t) を請求項1の q(t) として再計算する機能を
計算所上のボイスコイル温度再計算機能とし、
計算上のボイスコイル温度修正機能を有することを 第2 とし、
請求項1に加えて、
第1と第2を有するところの音響再生システムの運転状況を計算により推定し、許容動作範囲内において、その音響再生システムが持つ再生能力を最大限引き出すことを特徴とする、音響信号再生方法と再生装置。 The terms described in claim 1 shall apply,
The property that any of r (t), q (t), and i (t) in the system for calculating r (t), q (t), i (t) according to claim 1 With regard to a method for reducing the influence on the calculation error due to having a series of calculation processes forming a closed loop,
Assuming that the calculated pure resistance of the voice coil is r (t) = {1 + KRq * {q (t) -Qa}} * Ra, the value calculated from the calculated voice coil temperature q (t) is
When verifying the proposition that it must match r (t), which can be calculated as the impedance at Fzmin, and detecting a deviation greater than a certain value,
Regarding the method of making some modifications, the method of claim 1
e (t) * K (f) * G {f, q (t)} = s (t) * H (f) * K (f) * G {f, q (t)} t) is the fast Fourier transformed signal is V (f), and
e (t) * K (f) * Y {f, q (t)} = s (t) * H (f) * K (f) * G {f, q (t)} t) is the fast Fourier transformed signal is I (f),
In the frequency range determined by design, the frequency at which the intensity of ABS {V (f) / I (f)} is the minimum value is defined as Fzmin, or Fzmin determined by design.
Let the intensity of v (t) be Int {v (t)},
Let the intensity of i (t) be Int {i (t)},
Let ABS {V (f) / I (f)} in Fzmin be rvi (t),
If {Int {r (t)}-Int {rvi (t)}} / Int {r (t)} exceeds the + Error value,
Make sure {Int {r (t)}-Int {rvi (t)}} / Int {r (t)} does not exceed the + Error value.
decrease the value of q (t),
If {Int {r (t)}-Int {rvi (t)}} / Int {r (t)} exceeds the value of -Error,
{Int {r (t)}-Int {rvi (t)}} / Int {r (t)} should not exceed the value of -Error.
increase the value of q (t),
A function to prevent r (t) and rvi (t) from deviating beyond a certain limit,
As a function to correct voice coil temperature in calculation,
The first is to have a voice coil temperature correction function in calculation,
Let qcomp (t) be the modified q (t),
A function to recalculate qcomp (t) as q (t) in claim 1
The voice coil temperature recalculation function on the calculator
The second is to have a voice coil temperature correction function in calculation,
In addition to claim 1,
A sound signal reproduction method comprising: estimating an operation state of a sound reproduction system having first and second by calculation and maximizing a reproduction capability of the sound reproduction system within an allowable operation range; and Playback device.
請求項1が、パワアンプとスピーカーシステムの構成が全帯域であることに対し、
全帯域を複数の帯域に分割し、再生装置を構成している場合に関し、
s(t) を入力信号とし、
H(f) を音質仕上げフィルターとし、
K(f) を総合抑制係数し、
帯域分割された、個々の帯域ごとに算出するところの、請求項1に記述の総合抑制係数を帯域別総合抑制係数とし、
;
帯域分割で、
1系統のパワアンプに割り当てられた帯域に1種類のスピーカーシステムが接続されている場合において、帯域分割のためのフィルターの出力がパワアンプの入力に接続され、
かつ、帯域分割のためのフィルターの入力が、
全帯域の信号 K(f)*e(t)=s(t)*H(f)*K(f) であるとし、
帯域分割のフィルターとパワアンプとスピーカーシステムからなる特性が持つパラメーター群をその帯域のボイスコイルの
純抵抗、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅 の
瞬時値と強度の計算に必要なパラメーター群とし、
一つの帯域の帯域別総合抑制係数を算出する機能を帯域別総合抑制係数計算機能とし、
;
1系統のパワアンプに割り当てられた帯域に複数種類のスピーカーシステムが接続されている場合において、帯域分割のためのフィルターの出力がパワアンプの入力に接続され、
かつ、帯域分割のためのフィルターの入力が、
全帯域の信号 K(f)*e(t)=s(t)*H(f)*K(f) であるとし、
帯域分割のフィルターとパワアンプと複数の内の1種類のスピーカーシステムからなる機能の特性が持つパラメーター群を、
そのスピーカーシステムを持つ系統の帯域のボイスコイルの、
純抵抗、電圧、電流、熱損失、温度、振動振幅 の
瞬時値と強度の計算に必要なパラメーター群とし、
そのスピーカーシステムの系統の帯域の帯域別総合抑制係数を算出する機能を
帯域別総合抑制係数計算機能とし、
1種類の帯域別総合抑制係数計算機能は1組のパラメーター群を有するものとし、
他の種類のスピーカーシステムについても同様、個々のスピーカーシステムに固有の
帯域別総合抑制係数計算機能と計算に必要なパラメーター群を持つものとし、
全てのパラメーター群は設計適に決定されるものとし、
;
n個のスピーカーシステムに対応する 帯域別総合抑制係数計算機能 の出力を、
それぞれ、K1(f),K2(f),K3(f),,,Kn(f) とし、
K(f) は、個々の分割帯域ごとに算出した帯域別総合抑制係数の積、即ち、
K(f)=K1(f),K2(f),K3(f),,,Kn(f) とし、
請求項1に記述の音響信号再生方法を応用するところの、
複数のスピーカーシステムのそれぞれに対応した帯域別総合抑制係数計算機能を有し、
それぞれの、帯域別総合抑制係数計算機能の出力である帯域別総合抑制係数の積でもって総合抑制係数とするところの、
音響再生システムの運転状況を計算により推定し、許容動作範囲内において、
その音響再生システムが持つ再生能力を最大限引き出すことを特徴とする、
帯域分割音響信号制御方法と再生装置。
The terms described in claim 1 shall apply,
Claim 1 is that the configuration of the power amplifier and the speaker system is the entire band,
Regarding the case where the entire band is divided into a plurality of bands to constitute a playback device,
s (t) is the input signal,
H (f) is the sound quality finishing filter,
K (f) is the total suppression factor,
The total suppression coefficient described in claim 1, which is calculated for each of the band-divided individual bands, is defined as a total suppression coefficient for each band,
;
In band division,
When one type of speaker system is connected to the band allocated to one system of power amplifier, the output of the filter for band division is connected to the input of the power amplifier,
And the input of the filter for band division,
Suppose that K (f) * e (t) = s (t) * H (f) * K (f) for the entire band.
The parameters that have the characteristics of the band splitting filter, power amplifier, and speaker system are the parameters necessary for calculating the instantaneous value and intensity of the pure resistance, voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude of the voice coil in that band. ,
The function of calculating the total suppression coefficient for each band of one band is the total suppression coefficient calculation function for each band,
;
When a plurality of types of speaker systems are connected to a band assigned to one power amplifier, an output of a filter for band division is connected to an input of the power amplifier,
And the input of the filter for band division,
Suppose that K (f) * e (t) = s (t) * H (f) * K (f) for the entire band.
A parameter group with the characteristics of the function consisting of a band splitting filter, a power amplifier, and one of multiple speaker systems,
Of the voice coil of the band with the speaker system,
The parameters required for calculating the instantaneous value and intensity of pure resistance, voltage, current, heat loss, temperature, and vibration amplitude
The function to calculate the total suppression coefficient for each band of the band of the system of the speaker system is the total suppression coefficient calculation function for each band,
One kind of band-based total suppression coefficient calculation function shall have one set of parameters,
Similarly, for other types of speaker systems, each speaker system shall have its own band-specific total suppression coefficient calculation function and parameters required for calculation,
All parameter groups shall be determined appropriately for design,
;
The output of the total suppression coefficient calculation function for each band corresponding to n speaker systems is
K1 (f), K2 (f), K3 (f) ,,, Kn (f)
K (f) is the product of the total suppression coefficient for each band calculated for each divided band, that is,
K (f) = K1 (f), K2 (f), K3 (f) ,,, Kn (f)
The sound signal reproducing method according to claim 1 is applied,
It has a band-based total suppression coefficient calculation function corresponding to each of a plurality of speaker systems,
The product of the total suppression coefficient for each band, which is the output of the total suppression coefficient calculation function for each band, is used as the total suppression coefficient.
Estimate the operation status of the sound reproduction system by calculation, and within the allowable operating range,
It is characterized by maximizing the reproduction capability of the sound reproduction system.
A band division acoustic signal control method and a reproducing apparatus.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018159746A JP6503537B1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Control method and apparatus for extracting the limit ability of a speaker system |
PCT/JP2018/033150 WO2020031394A1 (en) | 2018-08-07 | 2018-09-07 | Control method and device for exploiting limit capabilities of speaker system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018159746A JP6503537B1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Control method and apparatus for extracting the limit ability of a speaker system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6503537B1 JP6503537B1 (en) | 2019-04-24 |
JP2020025238A true JP2020025238A (en) | 2020-02-13 |
Family
ID=66324105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018159746A Active JP6503537B1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Control method and apparatus for extracting the limit ability of a speaker system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6503537B1 (en) |
WO (1) | WO2020031394A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112533115B (en) * | 2019-09-18 | 2022-03-08 | 华为技术有限公司 | Method and device for improving tone quality of loudspeaker |
WO2024207203A1 (en) * | 2023-04-04 | 2024-10-10 | 瑞声科技(南京)有限公司 | Tweeter temperature protection method for coaxial loudspeaker, and related device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62120195A (en) * | 1985-11-20 | 1987-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Low distortion speaker device |
JP2005129977A (en) * | 2003-10-21 | 2005-05-19 | Fyuutorekku:Kk | Loudspeaker unit |
JP2015130581A (en) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | 角元 純一 | sound reproduction system |
WO2018116861A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | ソニー株式会社 | Sound processing device, method, and program |
-
2018
- 2018-08-07 JP JP2018159746A patent/JP6503537B1/en active Active
- 2018-09-07 WO PCT/JP2018/033150 patent/WO2020031394A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62120195A (en) * | 1985-11-20 | 1987-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Low distortion speaker device |
JP2005129977A (en) * | 2003-10-21 | 2005-05-19 | Fyuutorekku:Kk | Loudspeaker unit |
JP2015130581A (en) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | 角元 純一 | sound reproduction system |
WO2018116861A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | ソニー株式会社 | Sound processing device, method, and program |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6503537B1 (en) | 2019-04-24 |
WO2020031394A1 (en) | 2020-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103634726B (en) | A kind of Automatic loudspeaker equalization method | |
JP5321263B2 (en) | Signal processing apparatus and signal processing method | |
JP5729905B2 (en) | Audio system calibration method and apparatus | |
JP7188082B2 (en) | SOUND PROCESSING APPARATUS AND METHOD, AND PROGRAM | |
EP3026931B1 (en) | Method, system and appraratus for loudspeaker excursion domain processing | |
JP2000152374A (en) | Automatic speaker equalizer | |
US9578416B2 (en) | Control of a loudspeaker output | |
EP3026930B1 (en) | Method, system and apparatus for loudspeaker excursion domain processing | |
US8175284B2 (en) | Method and apparatus for calibrating sound-reproducing equipment | |
JP6182869B2 (en) | Audio playback device | |
US20070237343A1 (en) | Sound Enhancement | |
JP2020184756A (en) | System and method for compensating for non-linear behavior of acoustic transducer based on magnetic flux | |
WO2020031394A1 (en) | Control method and device for exploiting limit capabilities of speaker system | |
CN109951787A (en) | The constrained Non-linear parameter estimation of steady non-linear loudspeaker modeling | |
JP2020184755A (en) | System and method for compensating for non-linear behavior of acoustic transducer | |
US20070154021A1 (en) | Digital feedback to improve the sound reproduction of an electro-dynamic loudspeaker | |
Rivet | Room modal equalisation with electroacoustic absorbers | |
KR101606546B1 (en) | Remote sound tuning system and method using a wireless microphone | |
JP2014154956A (en) | Channel divider, voice reproduction system including the same, and method for setting cross-over frequency | |
US10805723B2 (en) | Automatic characterization of perceived transducer distortion | |
Klippel | Auralization of signal distortion in audio systems—part 1: Generic modeling | |
Farina et al. | Inverse numerical filters for linearisation of loudspeaker’s response | |
JP2012100117A (en) | Acoustic processing apparatus and method | |
JP4737758B2 (en) | Audio signal processing method and playback apparatus | |
WO2024207203A1 (en) | Tweeter temperature protection method for coaxial loudspeaker, and related device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180807 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20180807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180907 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20181024 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181030 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190122 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190128 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6503537 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |