JPH0632543B2 - スピ−カ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、スピーカ装置に関し、特にキャビネットに収
納された動電型スピーカユニットを含むスピーカ装置に
関する。

背景技術 従来、動電型スピーカ装置において、低域再生帯域を拡
大するために種々の手法が採られているが、基本的に
は、次の事項１）〜３）を避けることが出来なかった。
すなわち、 １）スピーカユニットの振動板の前後の放射音波は逆位
相なので、これを隔離するためにスピーカユニットをキ
ャビネットに収納する必要がある。

２）スピーカシステムの最低共振周波数ｏは、振動系
の質量と振動系のスティフネスによって決定されるが、
スピーカユニットの振動系の支持スティフネスをいかに
小さくしても、キャビネットに収納することにより振動
系のスティフネスは大きくなってしまう。すなわち最低
共振周波数ｏは高くなってしまう。

３）球面波音源である限り、音圧周波数特性を平坦にで
きる領域は、振動系が質量制御すなわち加速度一定で振
動している領域に限られ最低共振周波数ｏ以下におい
ては１２dB／octの傾斜で音圧周波数特性が低下する。

従って、上記の制約下において、いかにして最低共振周
波数ｏを低くするかが問題であり、そのために従来は
種々の手法が採られてきた。その手法としては、例え
ば、以下に記載した（１）〜（４）の手法がある。すな
わち、 （１）振動系の質量を増加する。

（２）大きなキャビネットにスピーカユニットを収納す
る。

（３）スピーカユニットの口径を小さくして等価的にキ
ャビネットによるスティフネスを小さくする。

（４）振動系の支持スティフネスを極端に小さくする。

ところが、これら手法についても、それぞれ次の様な欠
点がある。すなわち、手法（１）においては、同じ駆動
力では感度が低下することになる。感度を低下させない
様に駆動力を増加させれば、それ以上の割合で電磁制動
が増加し、結局最低共振周波数ｏ付近では出力レベル
が低下することになる。手法（２）では、外形寸法が大
きくなるので、寸法が決められている場合はこの手法は
使えない。手法（３）の場合は手法（１）と同様に感度
が低下してしまう。手法（４）では、仮に支持部のステ
ィフネスを零としても、キャビネットのスティフネスは
存在する。尚、一般的なブックシェルタイプのスピーカ
システムでは支持部のそれに比較して２〜５倍程度大き
い。

以上のように、従来採られてきた各手法では、最低共振
周波数を大幅に低下させることは困難であり、小型スピ
ーカ装置においては特にそれが困難となっていた。ま
た、振動系の振動加速度を検出し、これをアンプにフィ
ードバックするＭＦＢ（Motional Feedback）方式で
も、再生帯域の拡大は可能であるが、加速度を検出する
手段が必要でかつアンプが特殊なものとなるので、一般
性がなく、高価なものとなると共に、動作の不安定さや
アンプの質による音質の変化等の問題もあり、広く普及
する至っていないのが現状である。

発明の概要 本発明は、上述した点に鑑みなされたもので、感度の低
下を来すことなく最低共振周波数を低くすることによ
り、低域再生帯域の拡大を可能としたスピーカ装置を提
供することを目的とする。

本発明によるスピーカ装置は、通常のボイスコイルとは
電気的に独立し且つボイスコイルと一体的に移動可能な
サブコイルが、ボイスコイルが配置された磁気ギャップ
の磁気回路にて生じる磁束密度が不均一な領域に配置さ
れ、このサブコイルにボイスコイルの変位方向の力が発
生するように直流電流を流すことによって負のスティフ
ネスを発生させるようにしたことを特徴としている。

実施例 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は、本発明によるスピーカ装置の機構部の断面図
であるが、左右対称のため右半分のみを示している。図
において、断面逆Ｔ字形ポールヨーク１の底部周縁部に
は、厚み方向に着磁された環状のマグネット２が載置さ
れ、このマグネット２上には更に環状のプレート３が載
置され、これらによって磁気回路部が構成されている。
ポールヨーク１のセンターポール１Ａの周壁とプレート
３の内壁との間に形成された磁気ギャップ内には、ボビ
ン４に巻回されたボイスコイル５が挿入されている。ボ
ビン４はダンパ６を介してフレーム７により振動自在に
支持されている。ボビン４には振動板８がその中央孔に
て結合し、更にセンターキャップ９が冠着されている。
振動板８の開口周縁部は、ガスケット１０によってフレ
ーム７に固着せしめられたエッジ１１により支持されて
いる。

ボイスコイル５は磁気ギャップにおける磁束を有効に利
用して効率を向上せしめるために、その巻幅が磁気ギャ
ップにおける磁極対向幅（プレート３の厚み）より広い
いわゆるロングボイスコイルとなっている。このボイス
コイル５とは別にボビン４には更に、ボイスコイル５の
巻幅方向における両側に位置するように一対のサブコイ
ル１２ａ，１２ｂが巻回されている。この一対のサブコ
イル１２ａ，１２ｂは、各々の巻回方向が同じ場合は互
いに逆極性となるように直列に、逆方向巻回の場合は同
極性となるように直列に接続される。ボイスコイル５お
よびサブコイル１２ａ，１２ｂの相対位置は、第２図に
示される様に、磁気ギャップ中の磁束分布との対応にお
いて、サブコイル１２ａ，１２ｂのボイスコイル５側の
各端部が磁束分布の急激な傾斜の始まり位置に一致する
ように設定される。

第３図は本スピーカ装置の回路図であり、キャビネット
Ｃに収納されたスピーカユニットＳＰのボイスコイル５
には、信号源１３からのオーディオ信号がアンプ１４を
介して供給される。一方、直列接続された一対のサブコ
イル１２ａ，１２ｂの両端には外部直流電源１５が接続
されており、この直流電源１５から各サブコイル１２
ａ，１２ｂに直流電流が供給される。この直流電流の値
は直流電源１５に内臓された可変抵抗器ＶＲの調整によ
って可変となっている。

本スピーカ装置における諸元の一例の数値を、表１に示
す。

次に、本発明の作用について説明する。

まず、サブコイル１２ａおよび１２ｂに直流電流Ｉを直
流電源１５から供給する。このとき、それぞれのコイル
１２ａ，１２ｂには磁極の中央に向って力が働くように
直流電流Ｉの向きを設定しておけば、入力信号がない状
態では各々に発生する力が逆向きで同一の大きさとなる
のでバランス状態となり、各コイルは静止状態を維持す
る。

今、入力信号が供給されボイスコイル５が第２図におい
て下方向にΔＸだけ変位したとすると、一方のサブコイ
ル１２ａが磁束密度の急な傾斜部に入り力が増大する。
一方、他方のサブコイル１２ｂは磁束密度が低い緩かな
傾斜部に入り力がやや減少する。従って合成力として
は、ボイスコイル５の変位方向の力となる。

ここで、磁束密度の傾きをＫ（本実施例ではＫ＝2000
（Ｇ／mm）とする）、位置をＸとし、磁束密度が傾斜部
分で、Ｂgx＝Ｋ・Ｘなる式で表わされるとすれば、直流
電流Ｉを流したときにＸ位置で発生する力Ｆｘは、コイ
ルの有効長をｌとすれば、 Ｆｘ＝Ｂgx・ｌ・Ｉ＝Ｋ・Ｘ・ｌ・Ｉ 等価スティフネスＳは、 Ｓ＝Ｆｘ／Ｘ＝Ｋ・ｌ・Ｉ となる。そして、表１に示した本スピーカ装置における
諸元をあてはめて計算すると、表２に示す如き結果が得
られる。なお、等価スティフネスＳはボイスコイル５の
変位方向に力が発生するようにとられているので負ステ
ィフネスＳ_Ｎとなる。

ここで、従来装置におけるキャビネット収納状態での最
低共振周波数_ｏｃを計算してみると、 となる。

これに対して、本発明装置において、表２に示される様
な負スティフネスＳ_Ｎを付加した場合の最低共振周波数
_ＯＣＮを計算すると、表３に示す如くなる。ただし、
等価スティフネスＳ_Ｏは、 Ｓ_Ｏ＝Ｓ_Ｕ＋Ｓ_Ｃ−Ｓ_Ｎ である。この関係が第４図に示す。第４図では、変位−
抗力の関係を表わしているので、スティフネスは図示の
曲線の傾きとなることは言うまでもない。尚、第４図に
おいて、(a)はスピーカユニットの変位−抗力の関係、
(b)はキャビネットの変位−抗力の関係、(c)はスピーカ
ユニット＋キャビネットの変位−抗力の関係、(d)は本
発明装置のより付加される変化−抗力の関係、(e)は全
体を合成した実質的な変位−抗力の関係をそれぞれ示し
ている。

第３図において、直流電源１５から出力される直流電流
の値が可変であるので、その値を変化させることにより
極めて容易に最低共振周波数を変化させることができ、
最適値の設定を簡単に行なうことができる。尚、直流電
源１５はその出力特性が定電流特性、すなわち電源内部
インピーダンスが極めて高い状態であることが望まし
い。なぜなら、負スティフネスを発生するためのサブコ
イル１２ａ，１２ｂも磁界内で振動するために逆起電力
が発生することになるが、もし電流の内部インピーダン
スが低い場合は、この逆起電力が短絡して短絡電流が流
れるため制動作用が生じ、結果的に振幅が減少して低域
再生帯域の拡大に対して不利となるからである。

尚、本発明は、サブコイル１２ａ，１２ｂに直流電流を
流すことによって負スティフネスを得ようとするもので
あるから、構成においては、上記実施例に限定されるも
のではない。すなわち、磁界（磁束密度の分布）の傾斜
部分に位置するサブコイルに直流電流をその力が変位を
拡大する方向（負スティフネスとなる向き）に流すよう
にさえ構成されていれば、磁気ギャップおよびサブコイ
ルの数は複数であっても全く同等の効果が得られるので
ある。

また、上記実施例では、２個のサブコイルを用いている
が、それぞれのコイルが静止位置から磁極と反対方向へ
変位している間は、負スティフスネの値としては小さ
い、すなわち殆ど作用していないので、この期間のみ直
流電流を遮断することにより、電力効率を上げることが
できる。具体的には、第５図に示すように、それぞれの
サブコイルにサイリスタ１６ａ，１６ｂを接続し、その
ゲートに変位の方向に極性が合致した入力信号（ローパ
スフィルタ１７および直流アンプ１８を経たオーディオ
信号）を取り出して印加することにより、各サブコイル
に対して一方向性の直流電流が得られ、上記目的が達成
されるのである。

第６図には本発明によるスピーカ装置の機構部の他の実
施例における磁気回路部の磁束分布に対する各コイルの
位置関係が示されている。本実施例においては、マグネ
ット２の上下にトッププレート３ａおよびバックプレー
ト３ｂが配され、これらプレート３ａ，３ｂと対向する
ポールヨーク１Ｂの対向部分が凸状に形成されて一対の
磁気ギャップを構成している。これら一対の磁気ギャッ
プには一対のボイスコイル５ａ，５ｂが配され、これら
一対のボイスコイル５ａ，５ｂ間に単一のサブコイル１
２が配された構成となっている。

この構成によれば、サブコイル１２が磁束密度分布にお
けるゼロクロス近傍の直線部分に位置するので、負ステ
ィフネスの直線性が良く、又一対のボイスコイル５ａ，
５ｂがプッシュプル動作を行なうため、２次歪を少なく
することができる。

尚、上記各実施例においては、サブコイルをボイスコイ
ルと同じ磁気回路部に配したが、負スティフネルを得る
ための専用の磁気回路部を別に設け、この磁気回路部に
サブコイルを配しても良いことは勿論である。

効果 以上説明したように、本発明によれば、通常のボイスコ
イルとは電気的に独立し且つボイスコイルと一体的に移
動可能なサブコイルが、ボイスコイルが配置された磁気
ギャップの磁気回路にて生じる磁束密度が不均一な領域
に配置され、このサブコイルにボイスコイルの変位方向
の力が発生するように直流電流を流すことによって負の
スティフネスを発生させ、等価スティフネスを低減させ
るようにしたので、最低共振周波数を下げることがで
き、低減再生限界を拡大できると共に、振動系質量を増
加して最低共振周波数を低下させる従来の方法に比較し
て感度の低下がなく、さらにはＭＦＢ方式で問題になる
構造の複雑化やアンプの質による音質の変化、動作の不
安定等の問題もないピーカ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスピーカ装置の機構部を示す断面
図、第２図は第１図における磁気回路部の磁束分布に対
する各コイルの位置関係を示す図、第３図はかかるスピ
ーカ装置の回路系のブロック図、第４図は各種状態にお
ける変位−抗力の関係を示す図、第５図は本発明による
スピーカ装置の回路系の他の実施例を示すブロック図、
第６図は本発明によるスピーカ装置の機構部の他の実施
例における磁気回路部の磁束分布に対する各コイルの位
置関係を示す図である。 主要部分の符号の説明 ２……マグネット、３……プレート、 ４……ボビン、 ５，５ａ，５ｂ……ボイスコイル ８……振動板 １２，１２ａ，１２ｂ……サブコイル １５……直流電源、ＳＰ……スピーカユニット Ｃ……キャビネット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャビネットに収納された動電型スピーカ
   ユニットを含むスピーカ装置であって、磁気ギャップを
   有する磁気回路と、前記磁気ギャップ内に少なくとも一
   部が配置されオーディオ信号が供給されるボイスコイル
   と、前記ボイスコイルとは電気的に独立して設けられ且
   つ前記ボイスコイルと一体的に移動可能なサブコイル
   と、前記サブコイルに直流電流を供給する直流電源とを
   備え、 前記サブコイルは前記磁気回路によって生じた磁束密度
   が不均一な領域に配置され、前記サブコイルに前記ボイ
   スコイルの変位方向と同一方向の力が発生するように前
   記直流電流の方向を定めたことを特徴とするスピーカ装
   置。
2. 【請求項２】前記ボイスコイルはその巻幅が前記磁気回
   路の磁極対向幅より広いロングボイスコイルであり、前
   記サブコイルは前記ボイスコイルの巻幅方向における両
   側に設けられた一対のコイルからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のスピーカ装置。
3. 【請求項３】前記直流電源による前記直流電流の値が可
   変であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   スピーカ装置。