JP6614158B2 - スピーカー装置 - Google Patents

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Description

本技術は振動板を振動させる駆動部に磁気回路と圧電素子が設けられたスピーカー装置についての技術分野に関する。
実用新案公報H1−17917号
アンプによって増幅された音声を出力するスピーカー装置がある。このようなスピーカー装置には、例えば、マグネットとヨークとコイルによって構成された磁気回路により振動板が振動されると共に圧電素子が伸縮されることにより振動板が振動されるように構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載されたスピーカー装置にあっては、ヨークが環状のマグネットの中心部を貫通する状態で配置され、マグネットとヨークの間に筒状のコイルボビンが配置されている。コイルボビンの外周面にはコイルが巻き付けられ、コイルはヨークとマグネットの間に形成された磁気ギャップに配置されている。圧電素子は円板状に形成されコイルボビンの変動方向である軸方向における一端部に結合されている。振動板は圧電素子の中心部に結合されている。
特許文献1に記載されたスピーカー装置においては、アンプから出力された音声信号に基づいてコイルに駆動電流が供給されてコイルがコイルボビンと一体になって変動され、コイルボビンの変動に伴って振動板が振動される。また、同時に、圧電素子にもアンプから出力された音声信号に基づいて電流が供給され、圧電素子が伸縮されて変動され圧電素子の変動に伴っても振動板が振動される。従って、振動板はコイルボビンと圧電素子の双方の変動に伴って振動され、振動板の振動に応じた音声の出力が行われる。
このような磁気回路と圧電素子が振動板を振動させる駆動部として用いられたスピーカー装置においては、磁気回路を用いたダイナミック駆動による大振幅と圧電素子を用いた大きな駆動力とを得ることが可能になり、良好な音声の出力状態を確保することが可能である。
上記のような磁気回路と圧電素子が用いられた2種類の駆動部を有するスピーカー装置においては、振動板が圧電素子を介してコイルボビンに連結されており、磁気回路によって発生する駆動力がコイルボビンから圧電素子を介して振動板に伝達される。
従って、圧電素子の存在が磁気回路によって発生する駆動力の振動板への伝達の妨げになってしまうと、スピーカー装置において大振幅を得られず良好な音声が出力されなくなるおそれがあるため、磁気回路によって発生する駆動力が圧電素子を介して振動板に対してロスなく伝達されることが望まれる。
また、スピーカー装置においては、単峰特性になることなく広帯域における音声の出力が行われることも望まれる。
そこで、本技術スピーカー装置は、上記した問題点を克服し、振動板に対する駆動ロスを低減した上で広帯域における音声の良好な出力状態を確保することを課題とする。
第1に、本技術に係るスピーカー装置は、少なくとも一部がヨークとマグネットの間に配置された環状のコイルボビンと、前記コイルボビンに巻き付けられ駆動電流が供給されて前記コイルボビンとともに変動されるコイルと、一端部が前記コイルボビンの変動方向における一端部に結合されると共に電流が供給されて伸縮され前記変動方向と同じ方向へ変動される圧電素子と、内周部が前記圧電素子の他端部に結合された振動板とを備え、前記振動板の前記圧電素子に対する結合部分と前記圧電素子の前記コイルボビンに対する結合部分とが前記変動方向において一直線上に位置され、前記圧電素子が前記コイルボビンの周方向における一部に結合され、前記圧電素子が複数設けられ、前記複数の圧電素子が前記コイルボビンの周方向において等間隔に離隔して配置されたものである。
これにより、磁気回路によって発生する駆動力が一直線上に位置された2箇所の結合部分を介して振動板に伝達される。
これにより、スピーカー装置における駆動部の重量が過度に大きくならない。
これにより、圧電素子のコイルボビンに対する位置における良好なバランスが確保される。
に、上記したスピーカー装置においては、前記圧電素子として前記変動方向において積層された積層型の圧電素子が用いられることが望ましい。
これにより、低電圧でも圧電素子の変動量が大きくなる。
に、上記したスピーカー装置においては、前記コイルに前記駆動電流が供給されたときの前記振動板の初動時間と前記圧電素子に電流が供給されたときの前記振動板の初動時間とが略一致されるように時間補正が行われることが望ましい。
これにより、コイルに駆動電流が供給されたときの振動板の初動時間と圧電素子に電流が供給されたときの振動板の初動時間とのずれが解消される。
に、上記したスピーカー装置においては、前記コイルに前記駆動電流が供給されたときの前記振動板における位相と前記圧電素子に前記電流が供給されたときの前記振動板における位相とが同じになるように位相補正が行われることが望ましい。
これにより、コイルに駆動電流が供給されたときの振動板における位相と圧電素子に電流が供給されたときの振動板における位相とのずれが解消される。
に、上記したスピーカー装置においては、前記圧電素子としてd33型の圧電素子が用いられることが望ましい。
これにより、変動方向において圧電素子の大きな駆動力が得られる。
本技術によれば、磁気回路によって発生する駆動力が一直線上に位置された2箇所の結合部分を介して振動板に伝達されるため、振動板に対する駆動ロスを低減した上で広帯域における音声の良好な出力状態を確保することができる。
尚、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
図2乃至図9と共に本技術スピーカー装置の実施の形態を示すものであり、本図は、スピーカー装置の拡大断面図である。 コイル駆動部と圧電駆動部ごとに駆動を行ったときのインパルス応答特性を示すグラフ図である。 コイル駆動部と圧電駆動部ごとの位相特性を示すグラフ図である。 補正制御装置が設けられた回路の一例を示すブロック図である。 補正制御装置が設けられた回路の別の例を示すブロック図である。 時間補正及び位相補正を行う前と行った後の特性を示すものであり、インパルス応答特性を示すグラフ図である。 時間補正及び位相補正を行う前と行った後の特性を示すものであり、周波数応答特性を示すグラフ図である。 コイル駆動部のみが設けられた従来のスピーカー装置と本技術に係るスピーカー装置とについての高帯域における周波数応答特性を示すグラフ図である。 変形例に係る圧電素子が用いられたスピーカー装置を示す拡大断面図である。
以下に、本技術スピーカー装置を実施するための形態を添付図面に従って説明する。
以下の説明においては、スピーカー装置が向く方向を前方として上下前後左右の方向を示す。
尚、以下に示す上下前後左右の方向は、説明の便宜上示すものであり、本技術はこれらの方向に限定して適用されることはない。
<スピーカー装置の構成>
スピーカー装置1はフレーム2とフレーム2に取り付けられた各部とを有する(図1参照)。
フレーム2は前後方向を向く円環状に形成された底面部3と底面部3の外周部に連続された周面部4と周面部4の前端部から外方に張り出されたフランジ状の取付部5とを有している。底面部3の中心孔は挿通孔3aとして形成されている。周面部4は前方へ行くに従って外方へ変位するように傾斜されている。
周面部4の外面又は取付部5には図示しないターミナルが取り付けられている。ターミナルは図示しないアンプとの接続が行われる端子部として設けられている。
底面部3の後面には円環状のマグネット6が取り付けられている。マグネット6は中心孔6aが底面部3の挿通孔3aより小さくされ、中心孔6aと挿通孔3aの中心軸が一致されている。
マグネット6の後面にはヨーク7が取り付けられている。ヨーク7は本体ヨーク8と連結ヨーク9によって構成されている。
本体ヨーク8は前後方向を向く円板状のベース面部10とベース面部10の中心部から前方に突出された丸軸状の挿通突部11とが一体に形成されて成る。本体ヨーク8は挿通突部11の前端部がマグネット6の中心孔6aを挿通されている。従って、マグネット6の内周面と挿通突部11の外周面との間に空間が形成され、この空間が磁気ギャップとして形成される。
連結ヨーク9は円環状に形成され、厚みが挿通突部11の軸方向における長さより稍小さくされている。連結ヨーク9は、後面がベース面部10の前面における外周側の部分に取り付けられ、前面がマグネット6の後面における外周側の部分に取り付けられている。
磁気ギャップには円筒状のコイルボビン12の一部が配置されている。コイルボビン12は挿通突部11に対して軸方向(前後方向)へ変動可能(移動可能)とされている。
コイルボビン12の外周面にはコイル13が巻き付けられている。コイル13は両側の端部が、巻き付けられた部分から導出されてターミナルに接続されている。コイル13は一部が磁気ギャップに配置されている。
コイル13が磁気ギャップに配置されることにより、コイル13とマグネット6とヨーク7によって磁気回路が構成される。
尚、スピーカー装置1にはコイルボビン12の軸方向における過度の変動を抑制するダンパーが設けられていてもよい。
コイルボビン12の前端部には、例えば、三つの圧電素子14、14、14の後端部が結合されている。圧電素子14、14、14は、例えば、コイルボビン12の周方向において等間隔に離隔して配置されている(図1には理解を容易にするために実際とは異なる位置関係で圧電素子14、14、14を示している。)。尚、圧電素子14の数は任意であり、圧電素子14は少なくとも一つが設けられていればよい。但し、複数の圧電素子14、14、・・・が設けられる場合には、圧電素子14、14、・・・が周方向において等間隔に離隔して配置されることが望ましい。
圧電素子14は、例えば、前後に延びる形状に形成され、前後方向において積層された積層型の圧電素子である。圧電素子14は単層であってもよいが、変位量(駆動力)を大きくするために積層型を用いることが望ましい。
圧電素子14として変動方向(前後方向)において積層された積層型が用いられることにより、低電圧でも圧電素子14の変動量が大きくなり、特に、高域特性の改善を図ることができる。
圧電素子14としてはd33型が用いられている。圧電素子14としてd33型が用いられることにより、変動方向(前後方向)において大きな駆動力が得られ、音質の向上を図ることができる。
また、圧電素子14として用いられたd33型は単層において厚みに拘わらず変位量が同じであると言う特性を有しているため、厚みを薄く形成して積層することにより、小型化を確保した上で大きな駆動力を確保することができる。但し、厚みを薄くすると耐電圧が低下するため、駆動力と耐電圧を考慮して圧電素子14の厚みを設定することが望ましい。
さらに、d33型はd31型と比較して発生応力が大きく単峰特性にもなり難いため、圧電素子14としてd33型を用いることにより必要な音圧を確保して広域特性の向上を図ることができる。
さらにまた、圧電素子14は単層の形状が矩形状や円形状等の簡素な形状に形成されていればよいため、製造が容易であり、製造コストの低減を図ることができる。
圧電素子14、14、14には図示しない電線が接続され、電線はターミナルに接続されている。圧電素子14、14、14には電線を介して電流が供給される。
フレーム2の取付部5には振動板15の外周部が取り付けられている。振動板15の内周部には圧電素子14、14、14の前端部が周方向に等間隔に離隔した状態で結合されている。従って、振動板15の圧電素子14、14、14に対する各結合部分と圧電素子14、14、14のコイルボビン12に対する各結合部分とは変動方向においてそれぞれ一直線上に位置されている。
振動板15はコイルボビン12の前後方向における変動及び圧電素子14、14、14の前後方向における変動に伴って前端部を支点とするように振動される。
振動板15は磁気回路の駆動によるコイルボビン12の変動に伴って振動されると共に圧電素子14、14、14の伸縮に伴う変動に伴って振動される。従って、圧電素子14、14、14は磁気回路の一部として機能すると共に振動板15を振動させる駆動部として機能する。
振動板15の内周部にはドーム状のキャップ16が取り付けられている。
<スピーカー装置の動作>
上記のように構成されたスピーカー装置1において、コイル13に駆動電流が供給されると、磁気回路において推力が発生してコイルボビン12が前後方向(軸方向)へ変動され、コイルボビン12の駆動力(駆動エネルギー)が圧電素子14、14、14を介して振動板15に伝達されコイルボビン12の変動に伴って振動板15が振動する。このとき同時に圧電素子14、14、14に電流が供給され、圧電素子14、14、14がそれぞれ伸縮されて前後方向へ変動され圧電素子14、14、14の変動に伴っても振動板15が振動する。振動板15が振動するとアンプによって増幅された音声の出力が行われる。
スピーカー装置1にあっては、上記したように、圧電素子14、14、14がコイルボビン12の周方向における各一部に結合されているため、スピーカー装置1における駆動部の重量が過度に大きくならず、過渡特性が向上すると共に広帯域再生を確保することができ、良好な音質及び音圧を確保することができる。
また、圧電素子14、14、14がコイルボビン12の周方向において等間隔に離隔して配置されている。従って、圧電素子14、14、14のコイルボビン12に対する位置における良好なバランスが確保され、コイルボビン12から圧電素子14、14、14を介しての振動板15への駆動力(駆動エネルギー)の伝達と圧電素子14、14、14からの振動板15への駆動力(駆動エネルギー)の伝達とが安定した状態で行われ、駆動ロスの低減を図ることができる。
<スピーカー装置の動作時における制御>
以下に、スピーカー装置1の動作時における制御について説明する(図2乃至図7参照)。
先ず、スピーカー装置1において行われる制御に関する測定結果について説明する。
図2は、スピーカー装置1において各駆動部ごとに駆動を行ったときのインパルス応答特性を示す結果である。具体的には、コイル13に駆動電流を供給して駆動部(コイル駆動部)を動作させたときの状態と圧電素子14、14、14に電流を供給して駆動部(圧電駆動部)を動作させたときの状態とを比較して示す結果である。コイル13に対して供給される駆動電流と圧電素子14、14、14に対して供給される電流は、同一の入力信号に基づく電流である。
図2において、横軸は時間を示し、縦軸はゲイン(音圧)を示す。実線はコイル駆動部の駆動時における状態を示し、点線は圧電駆動部の駆動時における状態を示す。
図2に示すように、コイル駆動部と圧電駆動部をそれぞれ駆動させたときの動作においては、振動板15の初動時間に差異が生じ、コイル駆動部の駆動時における動作が圧電駆動部の駆動時における動作に対してT時間遅延する結果が得られた。
図3は、スピーカー装置1における各駆動部ごとの振動板15における位相特性を示すものである。具体的には、クロス周波数を7KHzとして、コイル駆動部と圧電駆動部のそれぞれについて加速度と位相を測定した結果である。
図3において、横軸は周波数を示し、縦軸は加速度又は位相を示す。上段の二つのグラフはコイル駆動部の加速度と位相を示し、下段の二つのグラフは圧電駆動部の加速度と位相を示す。
図3に示すように、コイル駆動部と圧電駆動部においては、振動板15における位相が反転する結果が得られた。
以上のようなT時間の遅延及び位相の反転と言う結果に基づいて、スピーカー装置1においては、以下のような時間補正と位相反転の制御が行われている。
これらの制御は、例えば、補正制御装置30によって行われる(図4参照)。補正制御装置30はDSP(Digital Signal Processor)等の演算処理装置であり、入力された信号に対してコイル駆動部の動作時間をT時間遅延させると共に圧電駆動部の位相を180°反転させる制御を実行する。
入力信号Pはコイル13に信号を送出するアンプ31と圧電素子14、14、14に信号を送出するアンプ32とに入力され、アンプ32への入力は補正制御装置30によって動作時間と位相が補正処理された状態で行われる。従って、圧電素子14、14、14に対しては補正制御装置30によって補正された信号がアンプ32から入力される。
尚、スピーカー装置1においては、図5に示すように、アンプ31に対しての入力回路にLPF(ローパスフィルター)回路33を組み込んで低い周波数成分を取り出すと共に高い周波数成分を抑制し、アンプ32に対しての入力回路にHPF(ハイパスフィルター)回路34を組み込んで高い周波数成分を取り出して低い周波数成分を抑制するように構成されていてもよい。
図6及び図7は、上記した時間補正及び位相補正を行う前と行った後の特性を示す結果であり、図6はインパルス応答特性を示し、図7は周波数応答特性を示すものである。
図6において、横軸は時間を示し、縦軸はゲイン(音圧)を示す。図7において、横軸は周波数を示し、縦軸はゲイン(音圧)を示す。図6及び図7において、実線は補正後の状態を示し、点線は補正前の状態を示す。
図6に示すように、時間補正及び位相補正を行った状態においては、特に、ピーク時においてゲインが高くなり良好な音圧が得られている。また、図7に示すように、時間補正及び位相補正を行った状態においては、特に、高い周波数領域においてゲインが高くなり良好な音圧が得られている。
上記のように、スピーカー装置1にあっては、コイル13に駆動電流が供給されたときの振動板15の初動時間と圧電素子14、14、14に電流が供給されたときの振動板15の初動時間とが略一致されるように時間補正が行われている。
従って、コイル駆動部と圧電駆動部の各動作時における応答特性における時間のずれが解消され、良好な音質を確保することができる。
また、コイル駆動部と圧電駆動部に関する時間補正を行うことにより、コイル駆動部と圧電駆動部が一つの駆動部として動作され、出力される音声の質の向上を図ることができる。
さらに、コイル13に駆動電流が供給されたときの振動板15における位相と圧電素子14、14、14に電流が供給されたときの振動板15における位相とが同じになるように位相補正が行われている。
従って、コイル駆動部と圧電駆動部にそれぞれ駆動電流が供給されたときの振動板15における位相のずれが解消され、一層良好な音質を確保することができる。
<まとめ>
図8は、コイル駆動部のみが設けられた従来のスピーカー装置と本技術に係るスピーカー装置1とについての高帯域における周波数応答特性を示す結果である。尚、従来のスピーカー装置はスピーカー装置1と比較して、圧電素子14、14、14以外の構成がスピーカー装置1と同様であり、スピーカー装置1と同一の部材や材料によって形成されている。
図8において、横軸は周波数を示し、縦軸はゲイン(音圧)を示す。実線はスピーカー装置1の状態を示し、点線は従来のスピーカー装置の状態を示す。
図8に示すように、スピーカー装置1は従来のスピーカー装置と比較して、高帯域におけるゲインが高くなり良好な音圧が得られていると共に再生帯域も広域において良好なゲインが得られている。
以上に記載した通り、スピーカー装置1にあっては、一端部(後端部)がコイルボビン12の変動方向(前後方向)における一端部(前端部)に結合されコイルボビン12の変動方向と同じ方向へ変動される圧電素子14、14、14と、内周部が圧電素子14、14、14の他端部(前端部)に結合された振動板15とを備え、振動板15の圧電素子14、14、14に対する結合部分と圧電素子14、14、14のコイルボビン12に対する結合部分とが変動方向において一直線上に位置されている。
従って、磁気回路によって発生する駆動力が一直線上に位置された2箇所の結合部分を介して振動板15に伝達されるため、振動板15に対する駆動ロスを低減した上で広帯域における音声の良好な出力状態を確保することができる。
また、圧電素子14、14、14の結合部分が振動板15の中心部より外側の位置にされており、周波数応答特性が単峰特性になり易い構成である圧電素子が振動板の中心部と結合される構成にはされていないため、広帯域において音声の良好な出力状態を確保することができる。
さらに、駆動力が大きく応答性が速いd33型の圧電素子14、14、14が駆動部として用いられているため、駆動部としてコイルボビン12のみを用いる場合に比し、過渡応答特性を改善することが可能である。
<圧電素子の変形例>
上記には、前後方向(変動方向)に延び周方向に離隔して配置された圧電素子14、14、14を例として示したが、スピーカー装置1においては、圧電素子14、14、14に代えて環状、例えば、円環状の圧電素子14Aが用いられていてもよい(図9参照)。
圧電素子14は、例えば、単層に形成されている。但し、圧電素子14Aにおいても圧電素子14と同様に前後方向において積層された積層型が用いられていてもよい。
圧電素子14Aは、一端部である後面がコイルボビン12の前端部における全周に結合され、他端部である前面が振動板15の内周部における全周に結合されている。従って、振動板15の圧電素子14Aに対する結合部分と圧電素子14Aのコイルボビン12に対する結合部分とは変動方向において一直線上に位置されている。
圧電素子14Aとしても圧電素子14と同様にd33型が用いられている。
上記のように、環状に形成された圧電素子14Aがコイルボビン12の周方向における全体に結合される構成にすることにより、圧電素子14Aのコイルボビン12及び振動板15に対する位置における良好なバランスが確保される。従って、コイルボビン12から圧電素子14Aを介しての振動板15への駆動力(駆動エネルギー)の伝達と圧電素子14Aからの振動板15への駆動力(駆動エネルギー)の伝達とが安定した状態で行われ、駆動ロスの低減を図ることができる。
また、コイルボビン12の全周と振動板15の全周とに結合された圧電素子14Aが用いられることにより、音声が出力される周波数領域の全域において振動板15の安定した振動状態を確保することができる。
<その他>
上記には、前側から順に振動板15と圧電素子14、14Aとコイルボビン12が位置された例を示したが、振動板15と圧電素子14、14Aとコイルボビン12の位置関係は、例えば、前側から順に振動板15とコイルボビン12と圧電素子14、14Aが位置される構成であってもよい。
<本技術>
本技術は、以下のような構成にすることができる。
(1)
少なくとも一部がヨークとマグネットの間に配置された環状のコイルボビンと、
前記コイルボビンに巻き付けられ駆動電流が供給されて前記コイルボビンとともに変動されるコイルと、
一端部が前記コイルボビンの変動方向における一端部に結合されると共に電流が供給されて伸縮され前記変動方向と同じ方向へ変動される圧電素子と、
内周部が前記圧電素子の他端部に結合された振動板とを備え、
前記振動板の前記圧電素子に対する結合部分と前記圧電素子の前記コイルボビンに対する結合部分とが前記変動方向において一直線上に位置された
スピーカー装置。
(2)
前記圧電素子が前記コイルボビンの周方向における一部に結合された
前記(1)に記載のスピーカー装置。
(3)
前記圧電素子が複数設けられ、
前記複数の圧電素子が前記コイルボビンの周方向において等間隔に離隔して配置された
前記(2)に記載のスピーカー装置。
(4)
前記圧電素子が環状に形成され、
前記圧電素子が前記コイルボビンの周方向における全体と前記振動板の周方向における全体とに結合された
前記(1)から前記(3)の何れかに記載のスピーカー装置。
(5)
前記圧電素子として前記変動方向において積層された積層型の圧電素子が用いられた
前記(1)から前記(4)の何れかに記載のスピーカー装置。
(6)
前記コイルに前記駆動電流が供給されたときの前記振動板の初動時間と前記圧電素子に電流が供給されたときの前記振動板の初動時間とが略一致されるように時間補正が行われる
前記(1)から前記(5)の何れかに記載のスピーカー装置。
(7)
前記コイルに前記駆動電流が供給されたときの前記振動板における位相と前記圧電素子に前記電流が供給されたときの前記振動板における位相とが同じになるように位相補正が行われる
前記(1)から前記(6)の何れかに記載のスピーカー装置。
(8)
前記圧電素子としてd33型の圧電素子が用いられた
前記(1)から前記(7)の何れかに記載のスピーカー装置。
1…スピーカー装置、6…マグネット、7…ヨーク、12…コイルボビン、13…コイル、14…圧電素子、15…振動板、14A…圧電素子

Claims (5)

  1. 少なくとも一部がヨークとマグネットの間に配置された環状のコイルボビンと、
    前記コイルボビンに巻き付けられ駆動電流が供給されて前記コイルボビンとともに変動されるコイルと、
    一端部が前記コイルボビンの変動方向における一端部に結合されると共に電流が供給されて伸縮され前記変動方向と同じ方向へ変動される圧電素子と、
    内周部が前記圧電素子の他端部に結合された振動板とを備え、
    前記振動板の前記圧電素子に対する結合部分と前記圧電素子の前記コイルボビンに対する結合部分とが前記変動方向において一直線上に位置され、
    前記圧電素子が前記コイルボビンの周方向における一部に結合され、
    前記圧電素子が複数設けられ、
    前記複数の圧電素子が前記コイルボビンの周方向において等間隔に離隔して配置された
    スピーカー装置。
  2. 前記圧電素子として前記変動方向において積層された積層型の圧電素子が用いられた
    請求項1に記載のスピーカー装置。
  3. 前記コイルに前記駆動電流が供給されたときの前記振動板の初動時間と前記圧電素子に電流が供給されたときの前記振動板の初動時間とが略一致されるように時間補正が行われる
    請求項1又は請求項2に記載のスピーカー装置。
  4. 前記コイルに前記駆動電流が供給されたときの前記振動板における位相と前記圧電素子に前記電流が供給されたときの前記振動板における位相とが同じになるように位相補正が行われる
    請求項1、請求項2又は請求項3に記載のスピーカー装置。
  5. 前記圧電素子としてd33型の圧電素子が用いられた
    請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4に記載のスピーカー装置。
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