JP5815393B2 - スピーカー装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気信号を音に変換するスピーカー装置に関する。特に、光無線通信により音を再生するスピーカー装置に関する。

映画館、コンサートホール及びテレビ会議等では、音場の忠実な再現をするために、多数のスピーカーが用いた波面合成法等の三次元音響技術が用いられている。波面合成法については、例えば非特許文献１を参照のこと。

しかし、多数のスピーカーを有線で同時に駆動する場合には、配線量が多くなりコストや雑音が増加する。そのため、配線量を少なくするために、有線のシリアル通信インターフェースを用いる技術が例えば非特許文献２で提案されており、ＲＦ電波を用いた無線スピーカーシステムが例えば非特許文献３で提案されている。

Gunther Theile, Helmut Wittek, "Wave field synthesis: A promising spatial audio rendering concept", Acoust. Sci. and Tech., 25(6), 2004. S.Lee, T.Kim, J.Byun, Y.Chung, M.Song, "Integrated control system of multichannel audio signals for serial transmission", Proc. of IEEE APCCAS 2008, pp.1446-1449, Nov 2008. Cirrus Logic Inc., "Digital wireless loudspeaker system", European Patent Specification EP 1 135 969 B1.

しかしながら、非特許文献２のように有線のシリアル通信インターフェースを用いても、スピーカーが多数ある場合には配線量が依然として多くなる可能性がある。また、非特許文献３のようにＲＦ電波を用いた無線スピーカーシステムでは、スピーカーが有する磁石に起因する電磁妨害によりノイズが発生する可能性がある。

この発明は、従来よりも簡素化しており、従来よりもノイズの発生が少ないスピーカー装置を提供することを目的とする。

この発明の一態様によるスピーカー装置は、音響信号を放出するためのスピーカー装置であって、スピーカー装置のフレームに固定され、磁気空隙を有する磁気回路と、磁気空隙に配置され、電 気信号が与えられるボイスコイルと、フレームにより支持され、ボイスコイルと共に振動して音響信号を放出するダイアフラムと、ボイスコイルと共に振動するダイアフラムに支持され、レンズとして機能するセンターキャップと、スピーカー装置の音響信号の放射面側に備えられ、レンズとして機能するセンターキャップを透過する光信号を受信でき、かつ、レンズの焦点の近傍の位置であってレンズからの距離方向にレンズの焦点から離れた位置に配置されており、受信した光信号を電気信号に変換する光センサと、電気信号に対して、電気信号に基づく上記センターキャップの位置の移動と、該移動に起因する光センサが受信する光信号の強度の変化と、該変化に起因する電気信号の強度の変化と、を考慮した信号処理を行い、ボイスコイルに与える電気信号を生成する信号処理部と、を備える。
この発明の一態様によるスピーカー装置は、受信した光信号に基づく音響信号を放出するためのスピーカー装置であって、スピーカー装置の音響信号の放射面側に備えられ、受信した光信号を電気信号に変換する光センサと、電気信号に基づいて、ボイスコイルに与える電気信号を生成する信号処理部と、スピーカー装置のフレームに固定され、磁気空隙を有する磁気回路と、磁気空隙に配置され、電気信号が与えられるボイスコイルと、フレームにより支持され、ボイスコイルと共に振動して音響信号を放出するダイアフラムと、ボイスコイルと共に振動するダイアフラムに支持され、レンズとして機能するセンターキャップと、スピーカー装置の音響信号の放射面側に備えられ、レンズとして機能するセンターキャップを透過する光信号を受信でき、かつ、レンズの焦点の近傍の位置であってレンズからの距離方向 にレンズの焦点から離れた位置に配置されており、受信した光信号を電気信号に変換する光センサと、電気信号に基づいて、ボイスコイルに与える電気信号を生成する信号処理部と、を備え、受信した光信号は、電気信号に基づくセンターキャップの位置の移動と、該移動に起因する光センサが受信する光信号の強度の変化と、該変化に起因する電気信号の強度の変化と、を考慮して音響信号を変調して生成した ものである。

音響信号の放射面側に備えられた光センサで受信した光信号に基づく電気信号でスピーカー装置を駆動することにより、スピーカー装置を従来よりも簡素化することができる。また、ＲＦ電波ではなく光信号を用いることにより、スピーカーが有する磁石に起因する電磁妨害の影響が小さくなり、従来よりもノイズの発生が少なくなる。

第一実施形態のスピーカー装置を説明するための図。 第一実施形態のスピーカー装置を説明するための図。 第一実施形態の信号処理部７を説明するための図。 第二実施形態のスピーカー装置を説明するための図。 第二実施形態の信号処理部７を説明するための図。 第三実施形態のスピーカー装置を説明するための図。 レンズと光センサ３との距離に応じた光信号の強度の変化を説明するための図。 第三実施形態のスピーカー装置の等価回路。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。

［第一実施形態］
まず、図１及び図２を参照してスピーカー装置の第一実施形態について説明する。図１は第一実施形態のスピーカー装置の正面図であり、図２は図１に示した第一実施形態のスピーカー装置のＡ−Ａ断面図である。

磁気回路１は、磁石１１と３個のヨーク１２，１３，１４とから構成されている。磁石１１は、円筒形状であり、貫通穴１１ａを備える。３個のヨーク１２，１３，１４のそれぞれは、リング形状であり互いの中心軸が一致するように積層されている。ヨーク１４の内径はヨーク１２，１３の内径よりも小さく、ヨーク１２，１３，１４は全体として、カップ形状をしている。そのカップ形状のヨーク１２，１３，１４の底面に、磁石１１が配置されている。磁石１１の外周面とヨーク１２の内周面とは、環状の磁気空隙１５を介して対向している。このように、磁気回路１は、磁気空隙１５を備えている。

磁気回路１は、フレーム２に固定されている。この例では、ヨーク１２の端面とフレーム２の一端とが固定されている。フレーム２は、円錐台形の外周面が成す形状をしている。フレーム２には、接続部２１が設けられている。接続部２１は、ケーブル８１，８２を電気的に接続している。

フレーム２の他端には、リング形状のエッジ４１が取り付けられている。エッジ４１は、ダイアフラム４の振動を妨げないようにダイアフラム４を所定の位置に支持している。

ダイアフラム４は、エッジ４１を介してフレーム２に支持されている。ダイアフラム４は、この例ではコーン形状であるが、他の形状であってもよい。

ダイアフラム４の中央には、センターキャップ５が取り付けられている。ダイアフラム４と共に振動するためセンターキャップ５をダイアフラム４の一部と考えても良いし、センターキャップ５をダイアフラム４とは別の部材であると考えてもよい。センターキャップ５は、スピーカー装置の内部にちりやほこりが入るのを防ぐダストキャップとしても機能している。

センターキャップ５をダイアフラム４の一部と考えた場合には、センターキャップ５を含むダイアフラム４の一部又は全部は、光透過性を有する材料で構成されている。センターキャップ５をダイアフラムとは別の部材であると考えた場合には、センターキャップ５の一部又は全部は、光透過性を有する材料で構成されている。光透過性を有する材料とは、例えばアクリルである。この光透過性を有する部分を透過する光信号が、光センサ３に入力される。光センサ３は、受信した光信号を電気信号に変換する。

ダイアフラム４の中央には、円筒状のボイスコイルボビン６が取り付けられている。ボイスコイルボビン６は、磁気回路１の磁気空隙１５に挿入されている。ボイスコイルボビン６の材料としては、例えば紙、プラスティック、アルミ箔が用いられる。ボイスコイルボビン６は、ダンパー６１を介してフレーム２に支持されている。

ボイスコイルボビン６には、ボイスコイル８が巻かれている。ボイスコイルボビン６は磁気回路１の磁気空隙１５に挿入されており、ボイスコイル８も磁気空隙１５に配置されている。ボイスコイル８は、ケーブル８１、接続部２１及びケーブル８２を介して信号処理部７と電気的に接続されている。ケーブル８１は、光センサ３が受信する光信号を妨げない位置に配置されている。

光センサ３は、スピーカー装置の音響信号の放射面側に備えられている。この例では、光センサ３は、センターキャップ５の裏側に配置されている。また、光センサ３は、スピーカー装置の外部からの光信号を受信できる位置に配置されている。この例では、上述のように、ダイアフラム４の一部又は全部は、若しくは、センターキャップ５の一部又は全部は、光透過性を有する材料で構成されている。光センサ３は、この光透過性を有する部分を透過する光を受信することができる位置に配置されている。光センサ３は、フレーム２又は磁気回路１により固定されていてもよいし、ダイアフラム４、センターキャップ５又はボイスコイルボビン６により支持されていてもよい。例えば、光センサ３の直径は、磁石１１の貫通穴１１ａの直径の半分以下とする。光センサ３は、受信した光信号が大きいほど大きな電気信号を出力する。すなわち、光センサ３が受信する光信号がディジタル信号であれば光センサ３で変換された電気信号はディジタル信号であるし、光センサ３が受信する光信号がアナログ信号であれば光センサ３で変換された電気信号はアナログ信号であるし、光センサ３が受信する光信号が変調された信号であれば光センサ３で変換された電気信号は変調された信号である。

光センサ３と信号処理部７とは、ケーブル３１により電気的に接続されている。ケーブル３１は、磁石１１の貫通穴を通っている。

信号処理部７は、スピーカー装置の背面に設けられている。具体的には、信号処理部７は、磁気回路１のヨーク１４に固定されている。また、ダイアフラム４の振動を妨げないようにするために、磁気回路１とヨーク１４との間には、スピーカー装置の内部と外部とをつなぐ通気孔７１が設けられている。通気孔７１により、スピーカー装置の内部と外部とを空気が自由に移動することができるため、ダイアフラム４の振動は妨げられないのである。

信号処理部７は、図３に示すように、処理部７２と増幅器７３とを例えば含む。光センサ３で変換された電気信号が、処理部７２に入力される。処理部７２は、電気信号に基づいてボイスコイル８に与えるための電気信号を生成する。例えば、光センサ３で変換された電気信号がPCM形式のディジタル信号である場合は、処理部７２は、PCM形式のディジタル信号をDA変換して得たアナログ信号をボイスコイル８に与えるための電気信号として生成する。また、光センサ３で変換された電気信号が音響信号符号化の符号列により構成されるディジタル信号である場合は、処理部７２は、符号列を復号してPCM形式のディジタル信号を得て、PCM形式のディジタル信号をDA変換して得たアナログ信号をボイスコイル８に与えるための電気信号として生成する。光センサ３で変換された電気信号がアナログ信号である場合は、処理部７２は、光センサ３で変換された電気信号をそのままボイスコイル８に与えるための電気信号とする。光センサ３で変換された電気信号がディジタル変調された信号又はアナログ変調された信号である場合は、処理部７２は、光センサ３で変換された電気信号を復調してディジタル信号又はアナログ信号を得た上で、上記のディジタル信号又はアナログ信号と同様にボイスコイル８に与えるための電気信号として生成する。

増幅器７３は、処理部７２で生成されたボイスコイル８に与えるための電気信号を増幅する。増幅された電気信号は、ボイスコイル８に印加される。

ボイスコイル８は、磁気空隙１５に配置されているため、印加された電気信号に応じて振動する。その振動は、ボイスコイルボビン６、センターキャップ５及びダイアフラム４に伝わり、音響信号を放出する。この例では、図１の紙面に対して左方向に音響信号は放出される。

このように、音響信号の放射面側に備えられた光センサ３で受信した光信号に基づく電気信号でスピーカー装置を駆動することにより、スピーカー装置を従来よりも簡素化することができる。また、ＲＦ電波ではなく光信号を用いることにより、スピーカーが有する磁石に起因する電磁妨害の影響が小さくなり、従来よりもノイズの発生が少なくなる。

［第二実施形態］
図４を参照して、第二実施形態のスピーカー装置について説明する。重複説明を略するために、以下、第一実施形態と同様の部分についての説明を省略し、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第二実施形態のスピーカー装置には、図４に例示するように、複数個の光センサ３が設けられている。図４の例では、５個の光センサ３が設けられている。第二実施形態のスピーカー装置では、第一実施形態のスピーカー装置よりも小さい光センサ３を用いる。また、光センサ３として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device image sensor）等のセンサーを用いてもよい。

また、第二実施形態のスピーカー装置は、光センサ３が受信する光信号を集めるレンズを含む。図４の例では、センターキャップ５が、レンズとして機能している。レンズは、入射された異なる複数の光信号を入射された位置に応じて回析して、それぞれ複数個の光センサ３に出力する。複数個の光センサ３のそれぞれは、入力された光信号を電気信号に変換する。レンズとしてのセンターキャップ５は、例えばアクリルにより構成することができる。例えば、レンズをフレネルレンズとする。第二実施形態では、レンズとしてのセンターキャップ５は、ダイアフラム４とは別の部材であり、ダイアフラム４の中央ではなくフレーム２又は磁気回路１に固定されており、また、光センサ３もフレーム２又は磁気回路１に固定されており、レンズと光センサ３との距離は変わらないものとする。図４の例では、レンズとしてのセンターキャップ５は、円筒形状の固定部材５１を介して磁気回路１に固定されている。

信号処理部７は、複数個の光センサ３でそれぞれ変換された複数の電気信号を並列処理して、ボイスコイル８に与える電気信号を生成する。例えば、図５に示すように、信号処理部７の処理部７２は、複数個のフィルタを備えている。図５の例では、処理部７２は、５個のフィルタ７２１，７２２，７２３，７２４，７２５を備えている。処理部７２は、複数個の光センサ３でそれぞれ変換された複数の電気信号のそれぞれを復調する。その復調において、フィルタ７２１は第一光信号に起因する電気信号に対してフィルタ処理を行い、フィルタ７２２は第二光信号に起因する電気信号に対してフィルタ処理を行い、フィルタ７２３は第三光信号に起因する電気信号に対してフィルタ処理を行い、フィルタ７２４は第四光信号に起因する電気信号に対してフィルタ処理を行い、フィルタ７２５は第五光信号に起因する電気信号に対してフィルタ処理を行う。処理部７２は、フィルタ処理が行われた電気信号を合成して、増幅器７３に出力する。ここでいうフィルタ処理とは、例えば、光信号に起因する電気信号の振幅を変更したり、光信号に起因する電気信号の周波数特性を変更したり、光信号に起因する電気信号に残響信号を付加する処理である。

このように、光信号を発射する位置に応じて異なるフィルタ処理を行うことにより、光の方向依存性、言い換えれば光の指向性をスピーカー装置に持たせることができる。光信号を発射する位置が移動する場合には、その移動に応じて異なるフィルタによる信号処理をすることができる。

［第三実施形態］
図６を参照して、第三実施形態のスピーカー装置について説明する。重複説明を略するために、以下、第一実施形態と同様の部分についての説明を省略し、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第三実施形態のスピーカー装置は、光センサ３が受信する光信号を集めるレンズを含む。図６の例では、センターキャップ５が、レンズとして機能している。レンズとしてのセンターキャップ５は、例えばアクリルにより構成することができる。例えば、レンズをフレネルレンズとする。第三実施形態では、レンズは、ダイアフラム４及びボイスコイルボビン６により支持されており、ダイアフラム４及びボイスコイルボビン６と共に振動する。このため、光センサ３がフレーム２又は磁気回路１に固定されている場合には、レンズの移動に応じて、レンズと光センサ３との距離は変化する。

光センサ３は、レンズを透過する光信号を受信できる位置に配置されており、入力される光信号が予め定められた条件を満たすときには、更にレンズの焦点の位置に配置されている。予め定められた条件とは、例えば、光信号の入力がない等の光信号の強度が所定の強度であること等の条件である。予め定められた条件を、光信号の強度が平均強度であるという条件としてもよい。

図８に第三実施形態のスピーカー装置の等価回路を示す。光センサ３で変換された電気信号がアナログ信号である場合、すなわち、処理部７２は光センサ３で変換された電気信号をそのままボイスコイル８に与えるための電気信号とする場合は、光信号の強度が大きくなると、ボイスコイル８に与えられる電気信号の強度も大きくなり、レンズであるセンターキャップ５はボイスコイルボビン６及びダイアフラム４と共に大きく移動する。そうすると、光センサ３の位置はレンズの焦点の位置から離れてしまい、光センサ３が受信する光信号の強度は小さくなる。そうすると今度は、レンズの移動が小さくなるため、光センサ３の位置はレンズの焦点の位置に近づく。このように、光センサ３の位置は、レンズの焦点の位置付近にあるようにフィードバック制御される。

このようなフィードバック制御により、例えば、第三実施形態のスピーカー装置に対して発せられた光信号の大きさが一定である場合でも、光センサ３が受信する光信号は特定の周波数の信号となる。その結果、光センサ３で変換された電気信号もボイスコイル８に与えるための電気信号も特定の周波数の信号となるため、レンズであるセンターキャップ５はボイスコイルボビン６及びダイアフラム４と共に特定の周波数で振動する。その特定の振動の周波数は、スピーカー装置の電気系性質、機械系性質、光学系性質に依存する。スピーカー装置の電気系性質とはボイスコイル８等の性質のことであり、スピーカー装置の機械系性質とはセンターキャップ５、ボイスコイルボビン６及びダイアフラム４等の性質のことであり、スピーカー装置の機械系性質とはレンズ及び光センサ３の性質のことである。

したがって、このフィードバック制御を考慮した信号処理を処理部７２で行えば、又は、このフィードバック制御を考慮して音響信号をディジタルまたはアナログ変調して生成した光信号を第三実施形態のスピーカー装置に対して発すれば、レンズを、振動しないフレーム２又は磁気回路１ではなく、振動するダイアフラム４又はボイスコイルボビン６で支持することによっても、所望の音響信号を放射することができる。

例えば、光信号がＡＭ変調された光信号である場合、図７に例示するように、レンズと光センサ３との距離に応じて、光センサ３が受信する光信号の強度は変化する。具体的には、レンズと光センサ３との距離がレンズとレンズの焦点位置との距離である場合に光センサ３が受信する光信号の強度は最大となり、レンズと光センサ３との距離がレンズとレンズの焦点位置との距離から離れるほどと光センサ３が受信する光信号の強度は低くなる。この場合、例えば、光センサ３を、レンズの焦点位置の近傍であって、レンズと光センサ３との距離と光センサ３が受信する光信号の強度との変化が線形に近い形で変化する位置（図７では、例えばＲの位置）に配置するとよい。

この発明は、上述の実施形態に限定されず、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

１ 磁気回路
１１ 磁石
１１ａ 貫通穴
１２，１３，１４ヨーク
１５ 磁気空隙
２ フレーム
３ 光センサ
３１ ケーブル
４ ダイアフラム
５ センターキャップ
６ ボイスコイルボビン
７ 信号処理部
８ ボイスコイル
８１，８２ ケーブル

Claims (4)

1. 音響信号を放出するためのスピーカー装置であって、
   上記スピーカー装置のフレームに固定され、磁気空隙を有する磁気回路と、
   上記磁気空隙に配置され、電気信号が与えられるボイスコイルと、
   上記フレームにより支持され、上記ボイスコイルと共に振動して上記音響信号を放出するダイアフラムと、
   上記ボイスコイルと共に振動する上記ダイアフラムに支持され、レンズとして機能するセンターキャップと、
   上記スピーカー装置の上記音響信号の放射面側に備えられ、上記レンズとして機能するセンターキャップを透過する光信号を受信でき、かつ、上記レンズの焦点の近傍の位置であって上記レンズからの距離方向に上記レンズの焦点から離れた位置に配置されており、受信した光信号を電気信号に変換する光センサと、
   上記電気信号に対して、上記電気信号に基づく上記センターキャップの位置の移動と、該移動に起因する上記光センサが受信する光信号の強度の変化と、該変化に起因する上記電気信号の強度の変化と、を考慮した信号処理を行い、上記ボイスコイルに与える電気信号を生成する信号処理部と、
   を含むスピーカー装置。
2. 受信した光信号に基づく音響信号を放出するためのスピーカー装置であって、
   上記スピーカー装置のフレームに固定され、磁気空隙を有する磁気回路と、
   上記磁気空隙に配置され、電気信号が与えられるボイスコイルと、
   上記フレームにより支持され、上記ボイスコイルと共に振動して上記音響信号を放出するダイアフラムと、
   上記ボイスコイルと共に振動する上記ダイアフラムに支持され、レンズとして機能するセンターキャップと、
   上記スピーカー装置の上記音響信号の放射面側に備えられ、上記レンズとして機能するセンターキャップを透過する光信号を受信でき、かつ、上記レンズの焦点の近傍の位置であって上記レンズからの距離方向に上記レンズの焦点から離れた位置に配置されており、受信した光信号を電気信号に変換する光センサと、
   上記電気信号に基づいて、上記ボイスコイルに与える電気信号を生成する信号処理部と、
   を含み、
   上記受信した光信号は、上記電気信号に基づく上記センターキャップの位置の移動と、該移動に起因する上記光センサが受信する光信号の強度の変化と、該変化に起因する上記電気信号の強度の変化と、を考慮して音響信号を変調して生成したものである、
   を含むスピーカー装置。
3. 請求項１又は２のスピーカー装置であって、
   上記磁気回路は、貫通穴を有する磁石を備えており
   上記光センサと上記信号処理部とを接続するケーブルは、上記貫通穴を通っている、
   スピーカー装置。
4. 請求項１又は２の何れかのスピーカー装置であって、
   上記ボイスコイルと上記信号処理部とを電気的に接続するケーブルは、上記光センサが受信する光信号を妨げない位置に配置されている、
   スピーカー装置。

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