JP6316658B2 - Ｍｆｂスピーカ装置 - Google Patents

Description

この発明は、スピーカの直近に音波検出用マイクロホンを設置して、このマイクロホンによる検出信号をスピーカの入力信号に帰還するＭＦＢスピーカ装置に関する。

スピーカの特に低音域の再生特性を補償するＭＦＢ（モーショナルフィードバック）方式を利用したスピーカ装置が古くから提案されている。このＭＦＢスピーカ装置は、スピーカの直近にコイルもしくはマイクロホン等の音波検出センサーを配置して、そのセンサー出力を前記スピーカを駆動するパワーアンプに負帰還する構成が採用される。

図５は、音波検出センサーとしてマイクロホンを利用したＭＦＢスピーカ装置の基本構成を示したブロック図である。
図５に示すように、信号入力端子ＩＮに供給される音声信号は、混合回路１の非反転入力端子に入力され、その出力は低域ブースト回路２を経て、パワーアンプ３に供給される。パワーアンプ３に接続されたスピーカ４の直近には、音波検出用マイクロホン５が配置され、この音波検出用マイクロホン５により前記スピーカ４からの音波を検出する。
すなわち、音波検出用マイクロホン５により得られた検出信号は、マイクロホンアンプ６により増幅され、帯域制限フィルタ７に供給される。そして、帯域制限フィルタ７の出力は、前記した混合回路１の非反転入力端子に加えられてフィードバックされる。

前記したＭＦＢスピーカ装置の例によると、低域ブースト回路２によって一旦低音域を持ち上げてから、フィードバックによって特性をフラットとなるように制御するので、低音域を延ばしたままフラットな再生特性を得ることができる。
このため、低音域が拡張されて再生帯域のローエンドを延ばすことができると共に、歪みを減少させることができる。また過渡特性が改善され、音の立上がりおよび立下がり特性を早めることができるなどの改善が見込まれる。

図５に示したＭＦＢスピーカ装置において、特に鎖線で囲まれたＡ部分は、例えば「ＭＦＢアダプタセット／ＭＦＢ−２０００」として市販されており、これは非特許文献１に開示されている。

前記図５に示したＭＦＢスピーカ装置においては、スピーカからの音波を検出するために、無指向性のコンデンサマイクロホンが用いられる。無指向性のコンデンサマイクロホンの制御方式は弾性制御であるため、低音域では出力レベルと位相が周波数に対して平坦となる。このため、信号処理が比較的容易であるという利点がある。
そして、音波を検出するマイクロホンは、図５に示したようにスピーカの前方に取り付ける場合もあり、またはスピーカの後方に取り付ける場合もある。マイクロホンをスピーカの後方に取り付ける例としては、特許文献１に開示されたスピーカ装置を挙げることができる。

この特許文献１に開示されたスピーカ装置によると、スピーカのセンターポールの中心に貫通孔を設けて、この貫通孔内にマイクロホンを取り付けたマイクロホンホルダーを挿入した構成が採用されている。これによりマイクロホンとその配線が、スピーカの外側に露出するのを避けることができるなど、外観を整える配慮がなされている。

「ＭＦＢアダプタセット／ＭＦＢ−２０００」インターネット＜ＵＲＬ：http://nipaudio.com/audio,files/mfb2000cat.pdf＞〔平成２６年５月２３日検索〕

特開平７−２６４６９６号公報

ところで、ＭＦＢスピーカ装置を構成するスピーカの磁気回路は、スピーカに加えられた音声信号により振動板を駆動した反力を受けて振動することになる。この磁気回路の振動はスピーカを支持するエンクロージャにも伝達される。
このために、スピーカからの音波を検出するマイクロホンを、エンクロージャに取り付けたり、特許文献１に開示されたように、音波検出用マイクロホンを磁気回路のセンターポール部分に取り付けた場合には、このマイクロホンにより前記エンクロージャもしくは磁気回路の振動成分も、振動雑音として同時に検出することになる。
この振動雑音を含んだ検出信号を用いて、ＭＦＢ（モーショナルフィードバック）を行うと、結果としてスピーカからの再生音には、前記振動雑音成分による歪みが含まれたものとなる。

無指向性コンデンサマイクロホンは、加えた加速度に比例した周波数応答とマイクロホンの主軸に対してｃｏｓθ（θ：正面を０としたときの音源の角度）の指向性を持つことが知られている。したがって、前記振動雑音を発生させる振動方向と、マイクロホンの主軸を直交させると、振動雑音は検出されないことになる。
しかしながら、前記振動方向は周波数に応じて変化する場合があり、また音波検出用マイクロホンの取り付け手段によっては、振動を受けてマイクロホンユニットが設定位置からずれるなどの問題も生じ易く、マイクロホンの物理的な配置方向の選択により、前記した振動雑音を除外することは極めて困難である。

さらに、音波を検出するマイクロホンは、スピーカからの音波に対して遅延時間を短くするために、スピーカに近接して配置する必要がある。したがってマイクロホンには、大きな音圧が加わることになる。このためにＭＦＢスピーカ装置に用いられる音波検出用マイクロホンは、その許容入力音圧レベルが高いものが必要となる。

この発明は、ＭＦＢスピーカ装置の前記した技術的な観点に基づいてなされたものであり、スピーカの駆動に伴う前記した振動に対しては応答し難く、スピーカからの音波を効果的に検知する機能を備えたマイクロホンを提供しようとするものである。
加えて、高い音圧レベルを受けても歪みなく検知信号をもたらすことができる音波検出用マイクロホンを提供しようとするものである。
そして、前記した音波検出用マイクロホンを利用することで、振動雑音による影響を大幅に軽減することができるＭＦＢスピーカ装置を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係るＭＦＢスピーカ装置は、スピーカと、前記スピーカからの音波を検出する音波検出用マイクロホンとを備え、前記音波検出用マイクロホンによる検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するＭＦＢスピーカ装置であって、前記音波検出用マイクロホンには、それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットと、前記第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す第１、第２インピーダンス変換器が備えられ、前記第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力が直列接続されて、前記第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットからの出力信号を、前記検出信号とするものであって、前記第１インピーダンス変換器からの出力信号のレベルを調整して、調整後の出力信号を前記第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットに供給する第１調整部を備えることを特徴とする。

この場合、好ましくは前記第２インピーダンス変換器からの出力信号のレベルを調整して、調整後の出力信号を前記検出信号とする第２調整部も備えられる。

さらに好ましい形態においては、前記第１、第２インピーダンス変換器には、前記第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットの固定極にそれぞれゲートが接続されたＦＥＴが搭載され、前記各ＦＥＴがソースフォロワ接続されて、第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す構成が採用される。

この場合、より好ましくは前記第１、第２インピーダンス変換器を構成する各ソースフォロワ回路は、前記各ＦＥＴのソース電極と基準電位点との間に少なくとも２つの抵抗素子を直列接続することで、前記抵抗素子の接続中点を前記ＦＥＴのドレイン電圧の半分の電圧値に設定し、前記抵抗素子の接続中点の電位を前記ＦＥＴのゲートバイアス電圧とした構成が採用される。

一方、前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る音波検出用マイクロホンは、スピーカからの音波を検出して、この検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するＭＦＢスピーカ装置の音波検出用マイクロホンであって、それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットと、前記第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す第１、第２インピーダンス変換器が備えられ、前記第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力が直列接続されて、前記第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットからの出力信号を、前記検出信号とすることを特徴とする。

この発明に係る前記したＭＦＢスピーカ装置によると、スピーカからの音波を検出して、この検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するための音波検出用マイクロホンには、第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットのそれぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された構成が採用される。
この構成による音波検出用マイクロホンによると、このマイクロホンに振動が加えられた場合には、前記第１、第２の各コンデンサマイクロホンユニットからは、逆相の信号が生成され、また前記スピーカからの音波に対しては、同相の信号が生成される。

したがって、前記第１コンデンサマイクロホンユニットの信号を引き出す第１インピーダンス変換器の出力レベルを第１調整部によって調整しつつ、その出力を第２コンデンサマイクロホンユニットに加えて加算する。そして、第１と第２コンデンサマイクロホンユニットの加算信号を引き出す第２インピーダンス変換器の出力において、前記振動による応答が最小になるように前記第１調整部を調整することで、スピーカからの音波には応答するが、振動には応答し難い音波検出用マイクロホンを得ることができる。

それ故、前記第１調整部によって前記のとおり調整された音波検出用マイクロホンを利用することにより、振動雑音による影響を大幅に軽減したＭＦＢスピーカ装置を提供することができる。

また、前記スピーカの音波検出用マイクロホンにおいては、これに搭載される第１、第２インピーダンス変換器として、ＦＥＴを用いたソースフォロワ回路が構成され、ＦＥＴのドレイン電圧の約半分の値の電圧が、ゲートバイアス電圧として設定できる構成が採用される。
これによりＦＥＴのゲート電極に大きな値の信号が供給された場合においても、信号の正負方向の各ピーク出力に歪みを発生させる度合いを最小限度にとどめることができる。したがって、この種のＭＦＢスピーカ装置に用いて高い音圧レベルを受けても、歪みなく検知信号をもたらすことができる音波検出用のマイクロホンを提供することができる。

この発明に係るＭＦＢスピーカ装置に用いられるスピーカと音波検出用マイクロホンの第１の組み合わせ状態を示した一部断面図である。 同じく第２の組み合わせ状態を示した断面図である。 音波検出用マイクロホンの単体構成を示した断面図である。 音波検出用マイクロホンに備えたインピーダンス変換器を含む回路構成図である。 ＭＦＢスピーカ装置の基本構成を示したブロック図である。

この発明に係るＭＦＢスピーカ装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。なおこの発明に係るＭＦＢスピーカ装置は、すでに説明した図５に示したＭＦＢスピーカ装置の基本構成と同様の接続構成が採用される。したがって以下においては、スピーカに対する音波検出用マイクロホンの好ましい取り付け例、および音波検出用マイクロホンの具体的な構成について説明する。

図１は、スピーカの直前に音波検出用マイクロホンを配置した例を示している。この図１に示す例においては、スピーカ４が取り付けられたバッフル板１１の前面に、スピーカ４の音波放射軸に直交するようにしてアーム部材１２が取り付けられている。そして、アーム部材１２のほぼ中央部に音波検出用マイクロホン５が取り付けられ、これにより音波検出用マイクロホン５は、スピーカ４の直近において音波放射軸上に配置された構成が採用されている。

次に図２は、スピーカの本体内に音波検出用マイクロホンを配置した例を断面図で示している。この図２に示すスピーカ４は、周知のダイナミックスピーカの構成を示しており、円環状のマグネット２１を挟むようにしてセンターポール２２とプレート２３とにより磁気回路が構成されている。そして、前記プレート２３にはフレーム２４が取り付けられて、フレーム２４の周縁部において、エッジ部材２５を介してコーン型振動板２６が取り付けられている。

また、コーン型振動板２６の内周縁にはボイスコイルボビン２７が取り付けられて、このボビン２７に取り付けられたボイスコイル２８が、前記磁気回路に形成された磁気ギャップ内に位置するように構成されている。
この図２に示す例においては、コーン型振動板２６に取り付けられたセンターキャップ２９内の空間部において、前記センターポール２２の前面に音波検出用マイクロホン５が取り付けられている。

前記スピーカ４に対する音波検出用マイクロホン５の取り付け手段は、図１および図２に示した構成以外に他の構成も採用することができるが、スピーカ４からの音波に対して遅延時間を短くするために、音波検出用マイクロホン５はスピーカ４の振動板に近接して配置することが望ましい。

図３は、前記した音波検出用マイクロホン５の構成を断面図で示したものである。この音波検出用マイクロホン５は、円筒状のケース３１内に、第１と第２の無指向性コンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２が、それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向した状態で配置されている。

第１と第２の無指向性コンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２（以下、単にユニットＵ１，Ｕ２とも言う。）は、共に同一構成であるため、以下においてはユニットＵ１について説明し、ユニットＵ２についてはその説明を省略する。なおユニットＵ１については符号の末尾に“ａ”を付けて示し、ユニットＵ２についてはユニットＵ１に相当する同一符号の末尾に“ｂ”を付けて示している。

ユニットＵ１は、全体がアルミニウム素材により形成されたユニットケース３２ａ内に収容されて構成されており、ユニットＵ１の前面側にはリング３３ａによって振動板３４ａが取り付けられている。そして、振動板３４ａの裏面には僅かな間隙を介して固定極３５ａが配置されている。また、前記固定極３５ａは、絶縁性のインシュレータ３７ａによって支持され、インシュレータ３７ａの裏面側には回路基板３８ａが配置されて、インシュレータ３７ａの背面を覆っている。

そして、ユニットケース３２ａの後部開口縁を内側にかしめることで、図３に示したように各部材がユニットケース３２ａ内に保持されてユニットＵ１が形成され、同時に前記ユニットケース３２ａが回路基板３８ａに形成された回路の基準電位点（接地ライン）に接続されている。

また、前記インシュレータ３７ａの中央部に形成された空間部にはインピーダンス変換器として機能するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１ａが収容されており、このＦＥＴＱ１ａの端子の一つ（ゲート電極）は、前記固定極３５ａに接続されると共に、他の端子は前記回路基板３８ａにハンダ付け等により接続されている。

前記したとおり、ユニットＵ２も前記したユニットＵ１と同一に構成されており、ユニットＵ１の振動板３４ａと、ユニットＵ２の振動板３４ｂは、前記した円筒状のケース３１内において、互いに向かい合わせ状態に対向配置されている。
そして、円筒状のケース３１の側面には、音波導入用の開口３１Ａが軸対称の位置に形成されており、前記各振動板３４ａ、３４ｂが対向する空間部は、前記開口３１Ａによって外部に連通されている。

図４は、前記ユニットＵ１およびユニットＵ２にそれぞれ搭載された第１および第２のインピーダンス変換器の例を示すものである。
ユニットＵ１を構成する振動板３４ａの背面には、前記したとおり固定極３５ａが配置されており、図４に示す例においては固定極３５ａにおける振動板３４ａに対峙する面に、エレクトレット誘電体膜３６ａが備えられて、バックエレクトレット方式が採用されている。

そして、固定極３５ａにはＦＥＴＱ１ａのゲート電極が接続されており、このＦＥＴＱ１ａは、ソースフォロワ回路によるインピーダンス変換器を構成している。
すなわち、ＦＥＴＱ１ａのドレイン電極は動作電源Ｖｄｄに接続されており、そのソース電極と接地ラインＧＮＤとの間には、抵抗Ｒ１ａとＲ２ａの直列接続体からなるソースフォロワ抵抗が接続されている。そして、前記抵抗Ｒ１ａとＲ２ａの接続中点と、ＦＥＴＱ１ａのゲート電極との間には、バイアス印加抵抗Ｒ３ａが接続されている。

また、前記ＦＥＴＱ１ａのソース電極には、直流カットコンデンサＣ１ａが接続されており、この直流カットコンデンサＣ１ａを介して、前記接地ラインＧＮＤとの間には、半固定抵抗ＳＲａによる第１調整部が接続されている。そして、半固定抵抗ＳＲａによる第１調整部を経た信号は、第２ユニットＵ２を構成する振動板３４ｂに供給される。

すなわち、第１ユニットＵ１による検出信号は直列接続されて、第２ユニットＵ２による検出信号に加わるように構成されている。
以上説明した第１インピーダンス変換器の回路構成は、図３に示した第１ユニットＵ１の回路基板３８ａに搭載されている。

なお、前記した第１ユニットＵ１のソースフォロワ回路においては、ＦＥＴＱ１ａのソース電極と接地ラインＧＮＤとの間に、抵抗Ｒ１ａとＲ２ａが直列接続され、その接続中点の電位がゲートバイアス電圧として利用されている。前記した接続構成によって、ＦＥＴＱ１ａのドレイン電圧の約半分の値の電圧レベルが、ゲートバイアス電圧として設定されている。
これにより、ＦＥＴＱ１ａのゲート電極に、たとえ大きな値の信号が供給された場合であっても、信号の正負方向の各ピーク出力に歪みを発生させることなく、インピーダンス変換動作を実行することができる。

第２ユニットＵ２における第２インピーダンス変換器の回路構成については、前記した第１インピーダンス変換器の回路構成と同一であり、図４においてもユニットＵ２については、ユニットＵ１に相当する同一符号の末尾に符号“ｂ”を付けて示している。したがってその説明は省略する。
そして、第２インピーダンス変換器による出力には、前記したとおり第１ユニットＵ１による出力も加算された状態で、半固定抵抗ＳＲｂによる第２調整部にもたらされ、この第２調整部を構成する半固定抵抗ＳＲｂにより、音波検出用マイクロホン５の検出信号が供給されることになる。この検出信号は、出力端子ＯＵＴより導出され、例えば図５に示すＭＦＢスピーカ装置に適用される。図５に適用したときは、検出信号はマイクロホンアンプ６に入力される。

以上のとおり構成された音波検出用マイクロホン５は、図３に示す音波導入用開口３１Ａを結ぶ線が、図１もしくは図２に示したようにスピーカ４の音波放射軸に一致するようにして取り付けられる。
この構成によると、スピーカ４を駆動することにより生ずる音波は、第１および第２ユニットＵ１，Ｕ２の各振動板３４ａ，３４ｂを、対向する固定極３５ａ，３６ｂに対して同方向（同一モード）に変位させる作用を与え、第１および第２ユニットＵ１，Ｕ２からは同相の検出信号が生成される。

したがって、図４に示す半固定抵抗ＳＲｂには、第１および第２ユニットＵ１，Ｕ２による加算された信号がもたらされ、これはＭＦＢスピーカ装置において、音波検出用マイクロホン５による検出信号として利用することができる。

一方、前記した構成の音波検出用マイクロホン５が、スピーカ４を駆動することによる反作用により生ずる振動を受けた場合には、前記第１、第２ユニットＵ１，Ｕ２は、共に円筒状ケース３１内に、各振動板３４ａ，３４ｂが向かい合わせの状態に収容されているので、それぞれのユニットＵ１，Ｕ２からは、逆相の信号が生成される。

したがって、この構成の音波検出用マイクロホン５に対して、例えば加振機によって外部から振動を加えた状態において、第２調整部ＳＲｂからの出力において、振動による応答が最小になるように、第１調整部ＳＲａを調整することで、スピーカ４からの音波には応答するが、外部からの振動には応答し難い音波検出用マイクロホン５を得ることができる。

すなわち、前記第１調整部ＳＲａは、振動により生ずる第１ユニットＵ１による出力と、第２ユニットＵ２による出力とをレベル合わせをして、逆相信号を効果的にキャンセルさせるように機能するものとなる。
また、前記第２調整部ＳＲｂは、音波検出用マイクロホン５による音波検出信号の出力レベルをプリセットする機能を果たすものとなる。

以上の説明で明らかなとおり、この発明に係る音波検出用マイクロホンを用いたＭＦＢスピーカ装置によると、振動雑音による影響を軽減したＭＦＢスピーカ装置を実現できるなど、前記した発明の効果の欄に記載したとおりの作用効果を得ることができる。

１ 混合回路
２ 低域ブースト回路
３ パワーアンプ
４ スピーカ
５ 音波検出用マイクロホン
６ マイクロホンアンプ
７ 帯域制限フィルタ
３１ 円筒状ケース
３１Ａ 音波導入用開口
３４ａ，３４ｂ 振動板
３５ａ，３５ｂ 固定極
３７ａ，３７ｂ インシュレータ
３８ａ，３８ｂ 回路基板
Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ ＦＥＴ
ＳＲａ 第１調整部（半固定抵抗）
ＳＲｂ 第２調整部（半固定抵抗）
Ｕ１ 第１無指向性コンデンサマイクロホンユニット
Ｕ２ 第２無指向性コンデンサマイクロホンユニット

Claims (4)

1. スピーカと、前記スピーカからの音波を検出する音波検出用マイクロホンとを備え、前記音波検出用マイクロホンによる検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するＭＦＢスピーカ装置であって、
   前記音波検出用マイクロホンには、それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットと、前記第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す第１、第２インピーダンス変換器が備えられ、
   前記第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力が直列接続されて、前記第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットからの出力信号を、前記検出信号とするものであって、前記第１インピーダンス変換器からの出力信号のレベルを調整して、調整後の出力信号を前記第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットに供給する第１調整部を備えることを特徴とするＭＦＢスピーカ装置。
2. 前記第２インピーダンス変換器からの出力信号のレベルを調整して、調整後の出力信号を前記検出信号とする第２調整部を備えることを特徴とする請求項１に記載されたＭＦＢスピーカ装置。
3. 前記第１、第２インピーダンス変換器には、前記第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットの固定極にそれぞれゲートが接続されたＦＥＴが搭載され、前記各ＦＥＴがソースフォロワ接続されて、第１、第２無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたＭＦＢスピーカ装置。
4. 前記第１、第２インピーダンス変換器を構成する各ソースフォロワ回路は、前記各ＦＥＴのソース電極と基準電位点との間に少なくとも２つの抵抗素子を直列接続することで、前記抵抗素子の接続中点を前記ＦＥＴのドレイン電圧の半分の電圧値に設定し、前記抵抗素子の接続中点の電位を前記ＦＥＴのゲートバイアス電圧としたことを特徴とする請求項３に記載されたＭＦＢスピーカ装置。

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