JP3835650B2 - Speaker device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種音響装置、映像装置に使用するスピーカ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の代表的なスピーカ装置は、図4に示すような構成とされている。これは、ダイナミック型スピーカと呼ばれているもので、このスピーカ装置の磁気回路は、ドーナツ形状のマグネット1と、鉄などの磁性材料からなる第1および第2の磁気ヨーク2、3と、空隙(ギャップ)4とを含んで構成される。第1の磁気ヨーク2は、円柱状のポールピース2aと、このセンターポール部2aに対して直交する円板状のフランジ部2bとからなっている。第2の磁気ヨーク3はプレートと呼ばれるもので、その内径が、ポールピース2aの外周径よりも、空隙4の分だけ大きい径とされたドーナツ形状とされている。
【0003】
そして、マグネット1の内周中空部およびプレート3の内周中空部内に、ポールピース2aが挿入される状態で、第1の磁気ヨーク2のフランジ部2bの前面と、プレート3とにより、マグネット1が挟まれて取り付けられている。フランジ部2bの前面およびプレート3の面と、マグネット1との接触部は接着されている。
【0004】
そして、非導電体で構成されるボイスコイルボビン5に巻回されたボイスコイル6が、プレート3とポールピース2aとの間の空隙4内に位置するように、配される。また、ボイスコイルボビン5には、音響振動板7、例えばコーン紙が接着されて取り付けられている。音響振動板7は、そのエッジ部において、スピーカフレーム8に、取り付けられて固定されている。ボイスコイル6からは、信号入力線(リード線)9が導出される。
【0005】
この図4のスピーカ装置においては、ボイスコイル6に音響信号による電流Iが流れることにより、磁気空隙4の磁束Bとの相互作用によって、音響振動板7を振動させる駆動力Fが生じる。この駆動力Fは、
F=B×I×D …(式1)
と表すことができる。ここで、Dは、磁界中のボイスコイル6の長さである。
【0006】
このダイナミック型スピーカ装置は、振動系に信号入力線があるため、音響振動系の振動バランスの点で問題がある。また、ボイスコイル6は、信号電流が流れることによる発熱を生じるので、このボイスコイル6の発熱によるボビンの破損を考慮しなければならず、流せる信号電流に制限があるなどの問題がある。
【0007】
これに対して、電磁誘導型のスピーカ装置が知られている。これは、ポールピースに励磁用1次コイルが巻回されるとともに、磁気回路の空隙中に導電性の1ターンリングからなる2次コイルが設けられ、1次コイルに信号電流が流された時に、2次コイルに誘導電流が誘起され、その誘導電流が空隙中の磁束を切ることにより、2次コイルに接合されている音響振動板を駆動させる駆動力を発生させるものである。
【0008】
この電磁誘導型のスピーカ装置においては、信号電流が供給される励磁用1次コイルは、熱伝導の良好なポールピースに巻回されるため、1次コイルの発熱の放熱が容易であり、比較的大きな信号電流を1次コイルに流せるというメリットがある。また、振動系に信号入力線がないため、音響振動系の振動バランスも良好であるという特徴がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
電磁誘導型スピーカ装置は、上述のような特徴を備えるが、1ターン導電性リングからなる2次コイルに流れる誘導電流の大きさは、1次コイルおよび2次コイルの定数により変化し、定数の選定によっては、1次ボイスコイルに流れる信号電流が大きくても、誘導電流として所望の大きさの電流が流れず、非効率となる場合があった。
【0010】
この発明は、以上の点にかんがみ、電磁誘導型スピーカ装置において、2次コイルに効率良く誘導電流を誘起できるようにすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明によるスピーカ装置は、
磁気回路中の空隙の近傍に設けられ、入力音声信号に応じた電流が供給される1次コイルと、
前記空隙内に配されて、前記1次コイルに流れる電流に応じた電流が誘起される2次コイルと、
前記2次コイルに誘起される電流と前記空隙内の磁束との相互作用により前記2次コイルが振動することにより振動する振動板と、
を備え、
前記1次コイルの直流抵抗値をR1、インダクタンスをL1、前記2次コイルの直流抵抗値をR2、インダクタンスをL2としたとき、インダクタンスの比L1/L2が、直流抵抗の比R1/R2に等しくなるように、各定数R1,R2,L1,L2を選定したことを特徴とする。
【0012】
この請求項1の発明によれば、前記のように1次コイルと、2次コイルの定数が選定されたことにより、2次コイルに流れる誘導電流は最大となり、効率の良い電磁誘導方式のスピーカが実現できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明によるスピーカ装置の実施の形態について、図を参照しながら説明する。この発明においては、音響振動板の駆動方式として電磁誘導方式を用いる。
【0014】
図1は、この実施の形態の電磁誘導方式のスピーカ装置の構造を示すものである。この例のスピーカ装置においても、磁気回路は、図4の例のスピーカ装置と同様に構成され、円柱状のポールピース12aと円板状のフランジ部12bとを備える第1のヨーク12と、第2のヨークを構成するドーナツ形状のプレート13と、第1のヨーク12のフランジ部12bとプレート13との間に配されるドーナツ形状のマグネット11と、プレート13とポールピース12aとの間の空隙14により磁気回路が構成される。
【0015】
そして、空隙14を挟んで互いに対向するポールピース12aの外周面部と、プレート13の内周面部との、どちらか一方あるいは双方に、励磁用1次コイルとしての駆動コイルを配する。この実施例では、ポールピース12aの外周面部に励磁用1次コイル15を配する。この1次コイル15を配するため、ポールピース12aの頂部近傍に、1次コイル15の巻幅分の長さの小径部を設けるようにしても良い。
【0016】
1次コイル15から導出された信号入力線(リード線)16は、第1の磁気ヨーク12のフランジ部12bに設けられた貫通孔17を通って、フランジ部12bの裏側にまで延長される。
【0017】
そして、この実施の形態においては、空隙14の中に、1次コイル15と電磁結合するショートコイルからなる2次コイル18が挿入される。この例の場合、2次コイル18は、非磁性で、かつ導電性の材料、例えばアルミニウムの筒状リングにより、1ターンのショートコイルとして構成される。そして、この2次コイル18を構成するアルミニウムからなる導電性1ターンリングは、ボビン19に接着固定される。ボビン19は、非磁性、かつ非導電性の材料、例えば厚紙により構成される。
【0018】
2次コイル18の幅(1ターンリングの高さに相当)は、空隙14の振動方向の長さよりも、この2次コイル18の振動の振幅分だけ長くしただけの長さとして、必要最小限の長さにされる。
【0019】
そして、ボビン19には、音響振動板20、例えばコーン紙が取り付けられる。音響振動板20は、可撓性のエッジ(図示せず)を介して、スピーカフレーム21に取り付けられている。
【0020】
以上のような構成の電磁誘導方式のスピーカ装置において、励磁用1次コイル15に信号電流を流すと、この1次コイル15に対向して配置された2次コイル18の1ターンリングに誘導電流が流れる。この2次コイル18に流れる誘導電流Iと、空隙14中の磁束密度Bとから、2次コイル18をそのリングの高さ方向に駆動する駆動力Fが生じ、これにより、音響振動板20が信号電流に応じて振動する。
【0021】
この場合に、2次コイル18としての1ターンリングの長さ(リングの円周の長さ)をLとすると、駆動力Fは、
F=B×I×L …(式2)
と表される。
【0022】
そして、この実施の形態では、1次コイル15の、直流抵抗値をR1、インダクタンスをL1とし、2次コイル18の直流抵抗値をR2、インダクタンスをL2としたとき、
L1/L2=R1/R2 …(式3)
となるように各定数を選定する。
【0023】
また、1次コイル15と2次コイル18の結合係数をkとし、この結合係数kが1に等しい場合には、前記(式3)は、
N2 =R1/R2
L1/L2=N2 …(式4)
と表すことができる。
【0024】
このように各定数L1,L2,R1,R2を選定したことにより、音響振動板の駆動力となる2次コイル18の誘導電流が最大になるため、効率の良い電磁誘導スピーカ装置を実現でき、1次コイルの巻数の2乗が、前記1次コイルの直流抵抗値R1と、前記2次コイルの直流抵抗値R2との比に等しくなるように設定される。以下、このことについて、さらに説明する。
【0025】
上述した電磁誘導方式のスピーカ装置の電磁誘導部の電気的等価回路は、図2に示すように表すことができる。この図2において、前述したように、R1,L1は、それぞれ励磁用1次コイル15の直流抵抗値、インダクタンスであり、また、R2,L2は、それぞれ2次コイル18の直流抵抗値、インダクタンスである。そして、Mは相互誘導インダクタンス、Zinはスピーカ装置の入力インピーダンスである。
【0026】
今、この電磁誘導方式のスピーカ装置を定電圧駆動した場合、駆動力として働く2次コイル18としての1ターンリングに流れる誘導電流の周波数特性は次のようになる。
【0027】
すなわち、駆動電圧をV1、2次コイル18の誘導電流をI2とすると、駆動電圧V1に対する誘導電流I2の周波数特性は、
と表すことができる。
【0028】
(式5)から、誘導電流I2の最大値I2/V1(max) は、
I2/V1(max) =k×(L1×L2)1/2 /(L1×R2+L2×R1)……(式6)
と表すことができる。
【0029】
前記(式4)を満足すれば、前記(式6)の右辺は極大になる。すなわち、誘導電流I2は、最大になる。
【0030】
こうして、(式3)に示すように、励磁用1次コイル15のインダクタンスL1と、2次1ターン導電性リング18のインダクタンスL2との比が、それぞれのコイル15、18の直流抵抗値の比に等しい場合に、2次コイル18の誘導電流I2の値が最大値になることがわかる。
【0031】
また、結合係数kが1に等しい場合には、(式4)に示すように、励磁用1次コイル15の巻数Nの2乗が、励磁用1次コイル15の直流抵抗値R1と2次コイル18の直流抵抗値R2との比に等しい場合に誘導電流I2が最大になることが分かる。
【0032】
[実施例]
上述のような構成のスピーカ装置の励磁用1次コイル15および2次コイル18の具体的な実施例について、説明する。
【0033】
この実施例では、励磁用1次コイル15および2次コイル18としての1ターンリングの特性は、以下の通りとし、誘導電流の大きさから駆動力の周波数特性を計算した。計算は、1ターン導電リングからなる2次コイル18のインダクタンスL2をパラメータとして実行した。結合係数kは、k=0.9とした。また、駆動電圧V1は、4ボルト、磁気回路中の磁束密度は1.5テスラ、1ターン導電性リングの長さは0.042mとした。
【0034】
励磁用1次コイル15は、
直流抵抗(R1):3.22Ω、
インダクタンス(L1):34.5μH
とした。
【0035】
2次コイル18(1ターン導電リング)は、
直流抵抗(R2):0.00207Ω、
インダクタンス(L2):パラメータ
とした。
【0036】
この計算結果を図3に示す。これにより、インダクタンス比L1/L2が(式3)を満足する時に駆動力が最大になることを確認できた。また、結合係数kが1の場合には、(式4)から、巻数Nを39に設定する。
【0037】
なお、この実施例では、1ターン導電性リングの2次コイル18のインダクタンスL2をパラメータとして変化させて定数を決定するようにしたが、2次コイル18のインダクタンスL2を決定しておき、1次コイル15のインダクタンスL1をパラメータとして変化させて、前記(式3)を満足するように決定するようにしてももちろんよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電磁誘導部の各定数を最適化することにより、誘導電流の大きさを最大化することができ、効率の良い電磁誘導スピーカ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるスピーカ装置の実施の形態の構造例を示す図である。
【図2】実施の形態のスピーカ装置の電磁誘導部の電気的等価回路図である。
【図3】実施の形態のスピーカ装置の誘導電流の周波数特性を示す図である。
【図4】従来のダイナミック型スピーカ装置の構造例を示す図である。
【符号の説明】
11…マグネット、12…第1のヨーク、12a…ポールピース、13…プレート、14…空隙、15…励磁用1次コイル、16…リード線、18…2次コイル、19…ボビン、20…音響振動板、21…スピーカフレーム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a speaker device used in various audio devices and video devices.
[0002]
[Prior art]
A conventional typical speaker device has a configuration as shown in FIG. This is called a dynamic speaker, and the magnetic circuit of this speaker device includes a doughnut-
[0003]
Then, in a state in which the
[0004]
Then, the
[0005]
In the speaker device of FIG. 4, when a current I due to an acoustic signal flows through the
F = B × I × D (Formula 1)
It can be expressed as. Here, D is the length of the
[0006]
This dynamic speaker device has a problem in terms of vibration balance of the acoustic vibration system because there is a signal input line in the vibration system. Further, since the
[0007]
On the other hand, an electromagnetic induction type speaker device is known. This is because when a primary coil for excitation is wound around a pole piece and a secondary coil comprising a conductive one-turn ring is provided in the gap of the magnetic circuit, and a signal current is passed through the primary coil An induced current is induced in the secondary coil, and the induced current cuts the magnetic flux in the air gap, thereby generating a driving force for driving the acoustic diaphragm joined to the secondary coil.
[0008]
In this electromagnetic induction type speaker device, since the primary coil for excitation to which a signal current is supplied is wound around a pole piece having good heat conduction, the heat generated by the primary coil can be easily radiated. There is an advantage that a large signal current can be passed through the primary coil. In addition, since there is no signal input line in the vibration system, the vibration balance of the acoustic vibration system is also good.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The electromagnetic induction type speaker device has the above-described features, but the magnitude of the induced current flowing in the secondary coil composed of the one-turn conductive ring varies depending on the constants of the primary coil and the secondary coil. Depending on the selection, even if the signal current flowing through the primary voice coil is large, a current of a desired magnitude does not flow as an induced current, which may be inefficient.
[0010]
In view of the above points, it is an object of the present invention to efficiently induce an induced current in a secondary coil in an electromagnetic induction speaker device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a speaker device according to the present invention provides:
A primary coil provided in the vicinity of a gap in the magnetic circuit and supplied with a current corresponding to an input audio signal;
A secondary coil that is arranged in the gap and in which a current corresponding to a current flowing through the primary coil is induced;
A diaphragm that vibrates when the secondary coil vibrates due to the interaction between the current induced in the secondary coil and the magnetic flux in the gap;
With
When the DC resistance value of the primary coil is R1, the inductance is L1, the DC resistance value of the secondary coil is R2, and the inductance is L2, the inductance ratio L1 / L2 is equal to the DC resistance ratio R1 / R2. Thus, each of the constants R1, R2, L1, and L2 is selected.
[0012]
According to the first aspect of the invention, since the constants of the primary coil and the secondary coil are selected as described above, the induced current flowing through the secondary coil is maximized, and the electromagnetic induction type speaker is efficient. Can be realized.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a speaker device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, an electromagnetic induction method is used as a driving method of the acoustic diaphragm.
[0014]
FIG. 1 shows the structure of an electromagnetic induction type speaker device according to this embodiment. Also in the speaker device of this example, the magnetic circuit is configured similarly to the speaker device of the example of FIG. 4, and includes a
[0015]
Then, a drive coil as a primary coil for excitation is arranged on one or both of the outer peripheral surface portion of the
[0016]
The signal input line (lead wire) 16 led out from the primary coil 15 extends through the through
[0017]
In this embodiment, a
[0018]
The width of the secondary coil 18 (corresponding to the height of one turn ring) is the minimum necessary length that is longer than the length of the
[0019]
The
[0020]
In the electromagnetic induction type speaker device having the above-described configuration, when a signal current is passed through the primary coil 15 for excitation, an induced current is generated in one turn ring of the
[0021]
In this case, if the length of the one-turn ring as the secondary coil 18 (the circumference of the ring) is L, the driving force F is
F = B × I × L (Formula 2)
It is expressed.
[0022]
In this embodiment, when the DC resistance value of the primary coil 15 is R1, the inductance is L1, the DC resistance value of the
L1 / L2 = R1 / R2 (Formula 3)
Select each constant so that
[0023]
When the coupling coefficient of the primary coil 15 and the
N 2 = R1 / R2
L1 / L2 = N 2 (Formula 4)
It can be expressed as.
[0024]
By selecting the constants L1, L2, R1, and R2 in this way, the induction current of the
[0025]
The electrical equivalent circuit of the electromagnetic induction part of the electromagnetic induction type speaker device described above can be expressed as shown in FIG. In FIG. 2, as described above, R1 and L1 are the DC resistance value and inductance of the primary coil 15 for excitation, respectively, and R2 and L2 are the DC resistance value and inductance of the
[0026]
Now, when this electromagnetic induction type speaker device is driven at a constant voltage, the frequency characteristics of the induced current flowing in one turn ring as the
[0027]
That is, when the drive voltage is V1, and the induced current of the
It can be expressed as.
[0028]
From (Equation 5), the maximum value I2 / V1 (max) of the induced current I2 is
I2 / V1 (max) = k × (L1 × L2) 1/2 / (L1 × R2 + L2 × R1) (Formula 6)
It can be expressed as.
[0029]
If the above (Formula 4) is satisfied, the right side of the above (Formula 6) becomes maximum. That is, the induced current I2 is maximized.
[0030]
Thus, as shown in (Equation 3), the ratio between the inductance L1 of the exciting primary coil 15 and the inductance L2 of the secondary 1-turn
[0031]
When the coupling coefficient k is equal to 1, the square of the number of turns N of the exciting primary coil 15 is equal to the DC resistance value R1 of the exciting primary coil 15 and the secondary as shown in (Equation 4). It can be seen that the induced current I2 is maximized when it is equal to the ratio to the DC resistance value R2 of the
[0032]
[Example]
Specific examples of the exciting primary coil 15 and the
[0033]
In this example, the characteristics of the one-turn ring as the exciting primary coil 15 and the
[0034]
The primary coil 15 for excitation is
DC resistance (R1): 3.22Ω,
Inductance (L1): 34.5 μH
It was.
[0035]
The secondary coil 18 (one turn conductive ring)
DC resistance (R2): 0.00207Ω,
Inductance (L2): a parameter.
[0036]
The calculation results are shown in FIG. Thus, it was confirmed that the driving force is maximized when the inductance ratio L1 / L2 satisfies (Expression 3). When the coupling coefficient k is 1, the number of turns N is set to 39 from (Equation 4).
[0037]
In this embodiment, the constant is determined by changing the inductance L2 of the
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by optimizing each constant of the electromagnetic induction unit, the magnitude of the induced current can be maximized, and an efficient electromagnetic induction speaker device can be realized. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structural example of an embodiment of a speaker device according to the present invention;
FIG. 2 is an electrical equivalent circuit diagram of an electromagnetic induction unit of the speaker device according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating frequency characteristics of induced current of the speaker device according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing an example of the structure of a conventional dynamic speaker device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記空隙内に配されて、前記1次コイルに流れる電流に応じた電流が誘起される2次コイルと、
前記2次コイルに誘起される電流と前記空隙内の磁束との相互作用により前記2次コイルが振動することにより振動する振動板と、
を備え、
前記1次コイルの直流抵抗値をR1、インダクタンスをL1、前記2次コイルの直流抵抗値をR2、インダクタンスをL2としたとき、インダクタンスの比L1/L2が、直流抵抗値の比R1/R2に等しくなるように、各定数R1,R2,L1,L2を選定したことを特徴とするスピーカ装置。A primary coil provided in the vicinity of a gap in the magnetic circuit and supplied with a current corresponding to an input audio signal;
A secondary coil that is arranged in the gap and in which a current corresponding to a current flowing through the primary coil is induced;
A diaphragm that vibrates when the secondary coil vibrates due to the interaction between the current induced in the secondary coil and the magnetic flux in the gap;
With
When the DC resistance value of the primary coil is R1, the inductance is L1, the DC resistance value of the secondary coil is R2, and the inductance is L2, the inductance ratio L1 / L2 is the DC resistance value ratio R1 / R2. A speaker device characterized in that the constants R1, R2, L1, and L2 are selected to be equal.
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