JP3569825B2 - スピーカの駆動装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はスピーカを入力情報に従い忠実に駆動する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
入力信号を高周波変調しスピーカを駆動する装置として、第1図に示すようなパルス巾変調増巾器が知られている。
【0003】
第2図に示すアナログ入力信号Vinに従い搬送波をパルス巾変調し、変調された信号に従いT,Tを交互にオン、オフすればスピーカとインピーダンスZおよびZを含む負荷回路に出力Voutを与える。ZおよびZを介して得た出力信号VSPをスピーカに与える。
【0004】
搬送波周波数fをアナログ入力信号に含まれる最高周波数の2倍以上に選ぶことで帯域巾を確保する。そして、スピーカが再生し得る帯域外の信号をスピーカに与えるとスピーカで生ずる損失が増加するので駆動装置の出力端子とスピーカ間には、搬送波を遮断するローパスフィルタZを直列またはハイカットフィルタZを並列に接続する。その結果、スピーカには増巾器のアナログ入力信号Vinに比例したアナログ信号VSPが与えられる。
【0005】
出力素子T,Tは単にオン、またはオフを繰り返すスイッチとして働くので、アナログ信号で直接スピーカを駆動する装置の出力段に比較すればT,Tで発生する損失は格段に少なく、駆動装置の省電力化と小形化に有効である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記スピーカの駆動装置は、出力がアナログ式のスピーカ駆動装置に比べ、装置としての電力効率は向上するが、搬送波を遮断するフィルタネットワークを介してスピーカをアナログ信号で駆動するため、アナログ入力信号をパルス巾変調、復調する過程で歪み成分が付加される。その結果、パルス巾変調方式のスピーカ駆動装置から、アナログ信号で直接スピーカを駆動する装置の出力信号と同等以上の忠実な出力信号を得ることはできない。
【0007】
スピーカは入力電圧に比例した音圧を発生する電気音響変換装置であるが、有限の質量を有する振動板を持つスピーカ、例えばダイナミックスピーカでは振動板の質量や振動板の支持方法等、構造に起因し入力信号に対する時間的遅れや第3図に示すような非直線性を有する。
【0008】
第3図において領域Bの入力に対しスピーカの振幅LSPは直線的に変化する。過大な入力、即ちCの領域では主に振動板の支持方法による制約でスピーカの振幅は入力に比例しない。また入力が小さく、振動板の質量と支持方法により振動を開始しうる限界値VIN(th)以下、即ちAの領域では入力に応答しない。
【0009】
本発明の目的は、有限の質量を有する振動板を持つスピーカを広範囲な入力に対し忠実に応答させることを可能とするスピーカの駆動装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は半導体素子への直流バイアスやテープレコーダ等、磁気式記録装置の磁気交流バイアスが当該素子または当該装置の非直線性を改善することに着目し、スピーカに交流バイアスを適用した。非直線性を解決するためにVIN(th)以上の大きさの高周波を搬送波として用い、その搬送波をアナログ入力信号で変調し直接スピーカに与える手段を具える。
【0011】
さらに、バイアス量、即ち搬送波が大き過ぎるとスピーカ内での損失が増加し、スピーカへの許容入力を制約する。そこで搬送波の大きさを可変、調整することを可能にする制御回路を具える。
【0012】
さらに、入力信号が極端に大きい場合、出力素子のスイッチ動作の安定性を増すために、入力信号を抑制する手段を具える。
【0013】
さらに、ステレオシステム等、当該装置を多数個、内蔵し同時に動作させる装置において出力素子のスイッチ動作の安定性を増すために、当該装置の搬送波を互いに同期させて制御する手段を具える。
【0014】
【作用】
スピーカには最小入力時でさえ振動板を動かすことが可能なVIN(th)以上の入力が搬送波として印加されているから、スピーカの構造に起因するVIN(th)以下の非直線性は大幅に改善される。
【0015】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第1の実施例
第4図は本発明の第1の実施例で、アナログ入力信号からパルス巾変調信号を得るために例えばテキサスインスツルメンツ社TL494等の集積回路を用い、パワーMOSFETをフルブリッジに構成し出力回路とした。アナログ入力信号からパルス巾変調信号を得る過程は本発明の主要部分ではないので詳細な説明は省略する。
【0016】
TL494に限らず同様な機能を持つ集積回路に共通して、発振周波数は抵抗RとコンデンサCで決まる。パルス巾、即ち変調度はデッドタイムコンパレータDCまたはPWMコンパレータPCでそれぞれ独立に制御できるが、第4図では前者のデッドタイムコンパレータで制御する例を示す。
【0017】
とTを同時に搬送波の周波数でオンまたはオフ、反対にTとTを搬送波の周波数で同時にオフまたはオンさせ、スピーカSPの両端にパルス巾変調された出力を印加する。出力端TとTの接続点およびTとTの接続点とSPとの間には搬送波を遮断するフィルタを挿入しないので、電源電圧Vおよび搬送波の周波数fとSPのインダクタンスLで決定される搬送波がバイアスとして常にSPに与えられる。
【0018】
SPと並列に接続された抵抗RとコンデンサCは搬送波よりも高い周波数成分による無線放送等への雑音障害を防止するためであり、搬送波を遮断あるいは減衰させることを目的としない。図5に入力信号が無い時SPに流れる電流波形iSP(0)、入力信号が有る時SPに流れる電流波形iSP(1)、および入力信号Vinを示す。
【0019】
第2の実施例
図6に第2の実施例の要部を示す。即ち、スピーカに与える搬送波電流を所定の大きさに制御する手段である。スピーカに流れる搬送波電流の検出素子として抵抗、電流、トランス、ホールセンサ等をスピーカと直列にAまたはA′、あるいはスイッチ素子の一端、B,B′,C,C′,D,D′,E,E′の内少なくとも1ケ所に接続する。
【0020】
例えば、位置Aに電流トランスの1次巻線をスピーカと直列に接続し、2次巻線出力を演算増巾器1で電圧に変換し、その結果を例えばダイオード等の整流素子を介し直流出力iSP(DC)を得る。本発明は装置にiSP(DC)、即ちSPに与える搬送波の大きさを表示する計測器VMおよび図4の抵抗Rを可変抵抗器VRとし、当該可変抵抗器VRと結合するダイヤルを外部に設ける。当該ダイヤルによって搬送波周波数を装置の外部から可変し、SPに与える搬送波の大きさを調節する。
【0021】
本発明に付随する他の実施例を図7に示す。可変抵抗器をトランジスタTで置き換える。直流出力iSP(DC)を比較器3の一端に入力し、他の入力端の基準設定値VREFと比較し、その結果をトランジスタTのゲートに与え、SPに与えた搬送波に応答してTの導通状態を変動させ、SPに与える搬送波の大きさを基準設定値に調節する。
【0022】
第3の実施例
図8に示す第3の実施例では出力素子T,T,T,Tに同じ極性のトランジスタを用いる。T,Tを動作させるために補助電源が必要になるが、最も簡便な補助電源回路にダイオードD,コンデンサCによるブートストラップ回路がある。Tに対してD,Cがブートストラップ回路による補助電源となる。
【0023】
ブートストラップ回路は動作上T,Tの搬送波のデューティ比、即ち変調度を100%にすることが許されない制約がある。本発明によるダイオードD,D,D,Dからなるリミッタ回路が過大な入力信号が与えられることを防止し当該装置の動作を安定にする。
【0024】
第4の実施例
第1,第2,第3の実施例の装置を同一のケースに多数個内蔵し、同時に動作させる時、各装置の搬送波の違いがビートを発生させ、動作を不安定にすることがある。第1のスピーカ駆動装置において図4に示すパルス巾変調集積回路のRT1,CT1端子にR,Cをそれぞれ接続する。図9に示すように第2のスピーカ駆動装置のパルス巾変調集積回路の端子RT2は当該集積回路の基準電圧端子VREF2接続し、端子CT2はCと接続し同期させ、当該装置の動作を安定にする。
【0025】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、有限の質量を有する振動板を持つスピーカの非直線性を高周波変調された入力を与えることで広範囲な入力に対し忠実に応答させ、変調の搬送波の大きさと周波数を調節する手段と入力の大きさを制限する手段とによってスピーカの駆動装置の安定な動作が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スピーカの駆動装置の回路図である。
【図2】信号波形図である。
【図3】スピーカの振巾−入力特性図である。
【図4】本発明第1の実施例の回路図である。
【図5】変調波形図である。
【図6】本発明第2の実施例の回路図である。
【図7】本発明第2に付随する他の実施例の回路図である。
【図8】本発明第3の実施例の回路図である。
【図9】本発明第4の実施例の回路図である。
【符号の説明】
HM 変調回路
HMIC 変調用集積回路
1 演算増巾器
2 比較器
〜D ダイオード
〜T トランジスタ
ローパスフィルタ
ハイカットフィルタ
SP スピーカ
DC デッドタイムコンパレータ
PC PWMコンパレータ
,R 抵抗
,C,C,Cコンデンサ
VR 可変抵抗器
VM 計測器

Claims (4)

  1. アナログ信号を高周波パルス幅変調する手段と、有限の質量を有する振動板と一つのボイスコイルとを持つ動電形スピーカ(以下、単にスピーカと記す)と、入力信号を前記高周波パルス幅変調する手段によってパルス幅変調した信号を直接前記スピーカに供給する手段とを具え、スピーカに搬送波をバイアスとして与えることを特徴とするスピーカの駆動装置
  2. 請求項1に記載の装置において、前記スピーカに与える搬送波を所定の大きさに制御する手段を具えたことを特徴とするスピーカの駆動装置
  3. 請求項2に記載の装置において、過大な入力信号を抑制する手段を具えたことを特徴とするスピーカの駆動装置
  4. 請求項2に記載の装置を多数個内蔵し同時に動作させる装置において、前記スピーカに与える搬送波の周波数を等しく制御する手段を具えたことを特徴とするスピーカの駆動装置
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