JP4642698B2 - スピーカー - Google Patents

Description

本発明は、スピーカーに関するものであり、さらに詳しくは振動板の動作状態を検出するスピーカーに関するものである。

スピーカーの音質を向上させる技術としてＭＦＢ（Ｍｏｔｉｏｎａｌ Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ）回路を搭載したスピーカーが知られている。このＭＦＢ回路は、スピーカーに入力された音声情報を示す電気信号（以下、「音声信号」と記す）に基づいて振動する振動板の動作状態を検出し、その検出結果に基づいて振動板をフィードバック制御するものであり、これにより特に低音域で生じ易い音の歪みを解消することができる。したがって、一般的にＭＦＢ回路は、低音域での再生が難しいとされる小型のスピーカーで採用されることが効果的であるとされている。

ＭＦＢ回路に関する技術としては、例えば特許文献１〜５が開示されている。特許文献１〜５ではいずれも電極間に形成される静電容量の変化を検出することによって振動板の動作状態を検出している。具体的には、振動板またはこの振動板を振動させるためのボイスコイルボビンと呼ばれる電磁コイルに電極（以下、「可動電極」と記す）を固定するとともに、この可動電極に対して対向するように電極（以下、「固定電極」と記す）を固定し、可動電極が固定電極に対して相対的に可動することによって変化した静電容量を検出器で検出して、それを変換回路で電気信号（以下、「検出信号」と記す）に変換して出力する。そして、検出信号と音声信号とを比較装置（例えば、ＣＰＵ）で比較し、その比較結果、すなわち、検出信号の出力レベルと音声信号の出力レベルとの差分に基づいて振動板の動作を適宜に制御する。
特開昭５２−７９６４４号 特開昭５３−１２３１９号 特開昭５３−１２３２０号 特開昭５３−１２３２１号 実開昭５７−９６５８９号

しかしながら、電極間で形成される静電容量は数ｐＦ〜数１００ｐＦと非常に微少であることから僅かな量の電磁波や静電気などのノイズの影響を受けて変動してしまう。例えば、一般的に振動板は、ボイスコイルボビンと、ボイスコイルボビンに嵌装されるセンターポールと呼ばれる鉄芯と、ボイスコイルボビン及びセンターポールを貫く磁束を生成する磁石とによる励磁作用によって振動するように構成されているが、電極間の静電容量はボイスコイルボビンを流れる励磁電流の影響を受けて変動してしまう。また、スピーカーに組み込まれている電子部品には弱いながらも電磁波を発するものがあり、この電磁波が電極に伝播することで静電容量の変動をもたらす虞もある。また、電極間の静電容量は、スピーカーに組み込まれている部品の振動などの力学的現象に伴う摩擦、スピーカーの内部及び外部の様々な電磁気現象によって引き起こされる静電気、スピーカーの周辺に設置されている電子機器から出力される電磁波など（以下、これらを「外乱ノイズ」と記す）の影響を受けるといったことも考えられる。このように特許文献１〜５の技術では静電容量が変動し、電極間で形成される正しい静電容量を検出することができなくなってしまうといった問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、外乱ノイズの影響を受けることなく、電極間で形成される静電容量を正確に検出することができるスピーカーを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明にかかるスピーカーは、センターポールと、３つ以上の非磁性の導電体層及び該導電体層の間に介在された絶縁体層がセンターポール側である内側から外側に積層して筒状に構成されてセンターポールの本体に被せられるボビンを備えるボイスコイルボビンとを有し、センターポールの本体とボビンを構成する導電体層のうちセンターポールの本体に最も近い導電体層（以下、第１導電体層）とから構成されるコンデンサ及び第１導電体層と導電体層のうち第１導電体層と隣り合う導電体層とから構成されるコンデンサを並列に接続し、これらコンデンサの静電容量の総和が電気信号として出力されることを特徴としている。

したがって、このスピーカーによると、センターポールと、このセンターポールと対向している第１の導電体層（導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層）との間で構成されるコンデンサと、第２の導電体層（導電体層のうち、第１の導電体層と隣り合っている導電体層）と第１の導電体層との間で構成されるコンデンサとを並列に接続することにより、センターポールと第１の導電体層との間で形成される静電容量と、第１の導電体層と第２の導電体層との間で形成される静電容量との総和を検出することができる。つまり、センターポールと１つの導電体層との間で形成される静電容量よりも大きい静電容量を得ることができ、外乱ノイズの影響を受け難くすることができる。また、第１及び第２の導電体層以外の導電体層は外乱ノイズを遮断するシールドとして機能する。これにより外乱ノイズが加わっていない真の静電容量を検出することができる。さらに、導電体層間に絶縁体層を介在させることにより比誘電率が高まり静電容量が増大するので外乱ノイズの影響をより一層受け難くすることができる。具体的には、前記導電体層を、前記センターポール側より、第１の導電体層、第２の導電体層、第３の導電体層の３つから構成し、前記センターポールと前記第１の導電体層とにより第１のコンデンサを構成すると共に、前記第１の導電体層と前記第２の導電体層により第２のコンデンサを構成し、前記第１のコンデンサと第２のコンデンサとを並列に接続し、前記第１のコンデンサの静電容量と第２のコンデンサの静電容量との総和が前記電気信号として出力されるように構成することができる。

上記発明のスピーカーにおいては、導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層以外の導電体層を接地するようにしてもよい。この場合には、センターポールと上記の第１の導電体層との間で形成される静電容量と、第１の導電体層と第２の導電体層との間で形成される静電容量との総和量を大きくすることができる。つまり、第２の導電体層を接地することにより第１の導電体層と第２の導電体層との間で形成される静電容量を増大させることができる。これにより全体の静電容量が増大することとなる。また、第１及び第２の導電体層以外の導電体層のシールド効果を高めることができる。

以上のように、本発明のスピーカーによると、ボビンの導電体層を３つ以上で構成し、且つ、導電体層間に絶縁体層を介在させ、センターポールと、導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層との間で形成される静電容量と、導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層と、この導電体層に隣り合っている導電体層との間で形成される静電容量との総和を検出し、また、導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層、及びこの導電体層に隣り合っている導電体層以外の導電体層で外乱ノイズを遮断するようにしたので、外乱ノイズの影響を受けることなく真の静電容量を検出することができる。したがって、検出結果の信頼度が高まるので、例えば、その検出結果をＭＦＢ回路に効果的に活用することができ、従来の問題であったスピーカーから発せられる音の歪を解消することができる。これにより小型のスピーカーであっても大型のスピーカー並みの低音域を実現することができる。

上記本発明において、導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層以外の導電体層を接地するようにしておけば、センターポールと、導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層との間で形成される静電容量と、導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層と、この導電体層に隣り合っている導電体層との間で形成される静電容量との総和量を大きくすることができる。また、導電体層のうち、センターポールとの距離が最も短い導電体層、及びこの導電体層に隣り合っている導電体層以外の導電体層のシールド効果を高めることができる。これにより外乱ノイズの影響を受けることなく真の静電容量を検出することができる。したがって、検出結果の信頼度がより一層高まるので、例えば、その検出結果をＭＦＢ回路に効果的に活用することができ、従来の問題であったスピーカーから発せられる音の歪を解消することができる。これにより小型のスピーカーであっても大型のスピーカー並みの低音域を実現することができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３に本発明のスピーカーの一実施形態を示す。本発明のスピーカー１は、センターポール５と、絶縁体層と非磁性の導電体層とからなるボビン１０を有するボイスコイルボビン４との間に形成される静電容量を検出して電気信号として出力するものであり、ボビン１０の導電体層を、第１導電体層１２、第２導電体層１４、及び第３導電体層１６で構成し（ボビン１０の導電体層を３つ以上で構成し）、且つ、第１導電体層１２と第２導電体層１４との間に第１絶縁体層１３を、第２導電体層１４と第３導電体層１６との間に第２絶縁体層１５を介在させた（導電体層間に絶縁体層を介在させた）ことを特徴としている。

図１に示すように、スピーカー１は、振動板２、３、ボイスコイルボビン４、センターポール５、マグネット６、７、及びヨーク８を備えている。ケース９は升状に形成されている。このケース９にはセンターポール５の他に、マグネット６、７、及びヨーク８が収納されており、これらはケース９の内壁面に接着剤またはビスなどで固着されている。センターポール５は鉄製であり、円柱状のセンターポール本体５ａと、このセンターポール本体５ａの基端に形成されている円盤状のフランジ５ｂとから構成されている。センターポール５は、センターポール本体５ａの先端部分がケース９の開口９ａの略中央からケース９の外部に突出するようにケース９に配置されている。

センターポール５及びケース９は、エンクロージャーと呼ばれる筐体（不図示）に接続され、アースされている。フランジ５ｂの開口９ａに対向している面には、センターポール本体５ａを中心とするリング状のマグネット６が磁気吸着されている。マグネット６における開口９ａに対向している面には略円板状のヨーク８が磁気吸着されており、マグネット６はヨーク８とフランジ５ｂとによって挟まれた状態となっている。フランジ５ｂにおけるケース９の底部９ｂに対向している面と底部９ｂとの間にはマグネット６と同形状のリング状のマグネット７が設置されている。このマグネット７は、フランジ５ｂに当接する側の極がマグネット６のフランジ５ｂに当接する側の極と同極になるように底部９ｂに配置されている。これによりマグネット６とヨーク８とセンターポール５との間で安定した磁束ループ（後述）が形成される。

略円板状のヨーク８は、円柱状のセンターポール本体５ａの長手方向の軸に対して略直交するとともに、その内周面がセンターポール本体５ａの外周面５ｄに対向するように、マグネット６に磁気吸着されており、ヨーク８の内周面とセンターポール本体５ａの外周面５ｄとの間にはエアーギャップが形成されている。また、上記略円板状のヨーク８は、ケース９内において、その内周面がセンターポール本体５ａを介して対向し、且つ、その外周面がケース９の内壁面に対向した状態で近接するように配置されている。

ボイスコイルボビン４は、先端と後端とが開口された筒状のボビン１０と、このボビン１０の外周に巻き回されたコイル１１とから構成されている。コイル１１としては、エナメル線または銅線などの導電体を用いれば良く、適宜に決定すれば良い。図２に示すように、ボビン１０は、第１導電体層１２、第１絶縁体層１３、第２導電体層１４、第２絶縁体層１５、及び第３導電体層１６から構成されている。第１導電体層１２、第２導電体層１４、及び第３導電体層１６は銅箔であり、第１絶縁体層１３及び第２絶縁体層１５はポリイミド膜である。ボビン１０は、その内側から外側にかけて第１導電体層１２、第１絶縁体層１３、第２導電体層１４、第２絶縁体層１５、第３導電体層１６の順で積層化している。特に図示しないが、コイル１１と第３導電体１６との間にはコーティング処理によって絶縁膜が形成されており、コイル１１と第３導電体１６とは電気的に絶縁された状態となっている。第１導電体層１２にリード線を介して接続されている端子１７は、後述する変換回路２５のオペアンプ２５ａの非反転入力端子（図４参照）に接続されている。第２及び第３導電体層１４、１６は、フレーム１８（図１参照）に接続され、接地されている。

図１に示すように、ボビン１０は、前後方向（図１の矢印Ａ方向）にスライド自在となるようにケース９に取り付けられており、これにより後述する励磁作用によって前後方向に振動可能となる。ボビン１０は、その内径がセンターポール本体５ａの外径よりも僅かに大きく、センターポール本体５ａに被せられている。すなわち、コイル１１をヨーク８の一端面に対向させ、且つ、センターポール本体５ａの外周面５ｃとボビン１０の内周面とが略平行となるようにボビン１０をセンターポール本体５ａに被せる。これによりヨーク８の一端面がコイル１１に近接した状態となるとともに、ボビン１０の内周面がセンターポール本体５ａの外周面５ｃに近接した状態となり、マグネット６とヨーク８とセンターポール５との間で図中の円弧矢印方向に常時一定の磁束ループが形成される。なお、マグネット６及びヨーク８は、センターポール５とマグネット６とヨーク８との間で一定の磁束を形成することができるような箇所に設置されていれば良く、設置箇所は適宜に決定すれば良い。

ヨーク８におけるケース９の外部に露呈されている面にはフレーム１８が接着剤で接合されている。このフレーム１８は上述した筐体（不図示）にビスや接着剤などで接合されており、接地されている。ボビン１０には振動板２、３が取り付けられている。振動板２は、複数の屈曲部を有する薄板であり、その一端がボビン１０の外周面に、他端がフレーム１８に接着剤で接合されている。振動板３は、所謂コーン紙として機能するものであり、その一端がボビン１０の外周面に接合され、他端がジョイント１９を介してフレーム１８に連結されている。センターキャップ２０はアルミ等からなり、ドーム状に形成された本体部と、この本体部の外周縁に沿って形成された鍔部とからなり、この鍔部が振動板３に接着剤で接合されている。これによりボビン１０の開口１０ａがセンターキャップ２０によって覆われる。

図３に示すように、入力端子２１に入力された音声情報を示す電気信号（以下、「音声信号」と記す）はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）からなる比較器２２を介して電力増幅器２３に入力される。この電力増幅器２３で増幅された音声信号はボイスコイルボビン４に入力される。すなわち、ボイスコイルボビン４のコイル１１に音声信号を示す電流が流れ、この電流と、センターポール５、マグネット６、及びヨーク８の間に形成されている磁束とによる励磁作用によりボイスコイルボビン４が前後方向（図１に示す矢印Ａ方向）に振動する。これに伴って振動板２、３も振動し、スピーカー１から音声が発せられる。

スピーカー１には、検出器２４、変換回路２５、及びフィードバック回路２６が設けられている。詳しくは後述するが、検出器２４は、第１のコンデンサ２７、第２のコンデンサ２８（図４参照）で構成されている。図４に示すように、変換回路２５は、オペアンプ２５ａ、電源２５ｂ、及びトランジスタ２５ｃから構成されている。オペアンプ２５ａの非反転入力端子とボイスコイルボビン４の第１導電体層１２とは、リード線を介して接続されている。オペアンプ２５ａの非反転入力端子及び第１導電体層１２には電源２５ｂによってバイアス電圧が印加されている。オペアンプ２５ａの出力端子とトランジスタ２５ｃの入力端子とが接続されており、これによりオペアンプ２５ａの出力端子から出力された信号がトランジスタ２５ｃの入力端子に入力される。また、トランジスタ２５ｃのマイナス側の出力端子となるエミッタは、オペアンプ２５ａの反転入力端子と接続されており、さらに、トランジスタ２５ｃのエミッタとオペアンプ２５ａの反転入力端子とは、センターポール５に接続され、接地されている。フィードバック回路２６は、特に図示しないが、積分回路、バッファアンプ、電子ボリューム、加算回路などから構成されている。

第１のコンデンサ２７は、センターポール５と第１導電体層１２とから構成されている。第２のコンデンサ２８は、第１導電体層１２と第２導電体層１４とから構成されている。上述したようにオペアンプ２５ａの非反転入力端子とボイスコイルボビン４の第１導電体層１２とを接続したことにより、コンデンサ２７とコンデンサ２８とは並列に接続された状態となり、コンデンサ２７で形成された静電容量とコンデンサ２８で形成された静電容量との総和となる静電容量が電気信号として変換回路２５のオペアンプ２５ａに入力される。このようにして検出器２４から入力された電気信号はオペアンプ２５ａ及びトランジスタ２５ｃで、Ｃ−Ｖ変換（静電容量−電圧変換）及び増幅され、端子２５ｄより検出信号としてフィードバック回路２６を介して比較器２２に入力される。比較器２２は、入力された検出信号に応答して入力端子２１から入力される音声信号と検出信号とを比較する。そして、その比較結果、すなわち、音声信号の出力レベルと検出信号の出力レベルとを比較し、その差分を算出する。次いで、電力増幅器２３は、その算出結果に基づいて音声信号の出力レベルを調節し、それをボイスコイルボビン４に入力する。そして、ボイスコイルボビン４は、電力増幅器２３から入力された音声信号に基づいて振動する。

以上のように、図１〜図４に示す構造のスピーカー１によると、入力端子２１に音声信号が入力されると、この音声信号に基づいてボイスコイルボビン４が振動し、この振動に伴って振動板２、３が振動する。これら振動板の振動によってスピーカー１は音声を発生する。このときの振動板２、３の動作状態は、検出器４で静電容量を検出することによって認識される。つまり、ボイスコイルボビン４の第１導電層１２とセンターポール本体５ａの外周面５ｃとの対向面積が変化し、コンデンサ２７で形成される静電容量及びコンデンサ２８で形成される静電容量との総和が変化する。この総和の変化が振動板２、３の変位に相当するものとなる。このようにして検出器２４で検出された静電容量を示す電気信号が変換回路２５に入力される。そして、変換回路２５では静電容量を示す電気信号が検出信号に変換され、その検出信号はフィードバック回路２６を介して比較器２２に入力される。比較器２２は、検出信号と音声信号とを比較し、その比較結果を音声信号とともに電力増幅器２３に入力する。電力増幅器２３はその比較結果に基づいて音声信号を調節し、それをボイスコイルボビン４に入力する。

本発明では、ボビン１０を第１導電体層１２、第１絶縁体層１３、第２導電体層１４、第２絶縁体層１５、及び第３導電体層１６で構成して、センターポール５と第１導電体層１２とで構成されるコンデンサ２７と、第１導電体層１２と第２導電体層１４とで構成されるコンデンサ２８とを並列に接続するようにしたので、センターポール５と第１導電体層１２との間で形成される静電容量のみを検出するといった従来の形態と比較すると、検出対象となる静電容量が大きくなるので、外乱ノイズの影響を受けることなく、静電容量を検出することができる。また、第２導電体層１４と第３導電体層１６とを第２絶縁体層１５で電気的に絶縁するようにし、且つ、第３導電体層１６を接地したので、外乱ノイズを遮断することができる。さらに、第１導電体層１２と第２導電体層１４との間に第１絶縁体層１３を介在させたので、コンデンサ２７の比誘電率を高めることができ、静電容量を増大させることができる。

次に本発明における第２の実施形態について図５及び図６を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成部材については図面に同一の符号を付して説明は省略する。

ボビン１０の第２導電体層１４にはリード線を介して端子２９が接続されている。この端子２９は、オペアンプ２５ａの反転入力端子とともにトランジスタ２５ｃのマイナス側の出力端子であるエミッタに接続されている。これにより変換回路２５から出力された検出信号は、フィードバック回路２６に入力される（図３参照）とともに第２導電体層１４に入力される。このようにして第２導電体層１４に検出信号が入力されることにより第２導電体層１４のインピーダンスが高まり、第２導電体層１４が所謂ブートストラップ電極として機能するようになるので、センターポール５と第１導電体層１２とで外乱ノイズの影響を受け難いコンデンサを構成することができる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。上記実施形態では、ボビン１０を第１導電体層１２、第２導電体層１４、及び第３導電体層１６の３つの導電体層と導電体層間に介在させた絶縁体層とから構成したが、これに限ることなく、例えば、４つ以上の導電体層と、これらの導電体層間に介在させた絶縁体層とから構成するようにしても良い。この際、センターポール５との距離が最も短い導電体層以外の導電体層を接地する。この場合、センターポール５との距離が最も短い導電体層以外の導電体層が外乱ノイズを遮断するシールドとして機能する。また、センターポール５との距離が最も短い導電体層、及びこの導電体層に隣り合っている導電体層以外の導電体層を接地し、センターポール５と、このセンターポール５との距離が最も短い導電体層とで構成されるコンデンサと、センターポール５との距離が最も短い導電体層とこの導電体層に隣り合っている導電体層とで構成されるコンデンサとを並列に接続するようにしても良い。これにより外乱ノイズをより一層確実に遮断することができ、且つ、外乱ノイズの影響を受け難い静電容量を形成することができる。

上記実施形態では、第１導電体層１２、第２導電体層１４、及び第３導電体層１６を銅箔で形成したが、これらをアルミニウム、または導電性のプラスチックなどで形成しても良く、非磁性の導電体であれば適宜に変更可能である。また、第１及び第２絶縁体層１３、１５をポリイミドで形成したが、例えばこれらを紙で形成しても良く、絶縁体であれば適宜に変更可能である。

本発明のスピーカーの構成を示す断面図である。 ボイスコイルボビン、センターポール、及びヨークの一部を示す断面図である。 スピーカーの電気的構成を示す機能ブロック図である。 検出器と変換回路の構成を示す回路図である。 本発明の第２の実施形態におけるボイスコイルボビン、センターポール、及びヨークの一部を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態における検出器と変換回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ スピーカー
４ ボイスコイルボビン
５ センターポール
１０ ボビン
１２ 第１導電体層
１３ 第１絶縁体層
１４ 第２導電体層
１５ 第２絶縁体層
１６ 第３導電体層
２２ 比較器
２４ 検出器
２５ 変換回路

Claims (4)

1. センターポールと、３つ以上の非磁性の導電体層及び該導電体層の間に介在された絶縁体層が前記センターポール側である内側から外側に積層して筒状に構成されて前記センターポールの本体に被せられるボビンを備えるボイスコイルボビンとを有し、前記センターポールの本体と前記ボビンを構成する前記導電体層のうち前記センターポールの本体に最も近い導電体層（以下、第１導電体層）とから構成されるコンデンサ及び前記第１導電体層と前記導電体層のうち前記第１導電体層と隣り合う導電体層とから構成されるコンデンサを並列に接続し、これらコンデンサの静電容量の総和が電気信号として出力されることを特徴とするスピーカー。
2. 前記導電体層のうち前記第１導電体層以外の導電体層を接地したことを特徴とする請求項１記載のスピーカー。
3. センターポールと、該センターポール側から順に非磁性の第１の導電体層、第１の絶縁体層、非磁性の第２の導電体層、第２の絶縁体層、非磁性の第３の導電体層が積層して筒状に構成されて前記センターポールの本体に被せられるボビンを備えるボイスコイルボビンとを有し、前記センターポールの本体と前記第１の導電体層とにより第１のコンデンサを構成すると共に、前記第１の導電体層と前記第２の導電体層とにより第２のコンデンサを構成し、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとを並列に接続し、前記第１のコンデンサの静電容量と前記第２のコンデンサの静電容量との総和が電気信号として出力されることを特徴とするスピーカー。
4. 前記第３の導電体層を接地したことを特徴とする請求項３記載のスピーカー。

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