JPH0752994B2 - スピーカー駆動装置 - Google Patents

スピーカー駆動装置

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JPH0752994B2
JPH0752994B2 JP1096205A JP9620589A JPH0752994B2 JP H0752994 B2 JPH0752994 B2 JP H0752994B2 JP 1096205 A JP1096205 A JP 1096205A JP 9620589 A JP9620589 A JP 9620589A JP H0752994 B2 JPH0752994 B2 JP H0752994B2
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/002—Damping circuit arrangements for transducers, e.g. motional feedback circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はスピーカ（拡声器）の低音部のレスポンスを
改善するためのスピーカ駆動装置に関し、駆動によりス
ピーカ素子の振動系の機械パラメータ（機械インピーダ
ンス）を電気的に変更し、例えば、ハイファイ（高忠実
度）再生における低音部音域の周波数範囲の拡大、ひず
みの低減等を実現させることの可能なスピーカ駆動装置
の具体的な回路構成を提供することを目的とする。
［従来の技術］ 最近のスピーカは50Hz以上の下限周波数を有しているこ
とがしばしばあるが、再生装置における他の部分は耳の
限界周波数、約20Hzまでの周波数を再生することができ
るものが多い。スピーカのひずみはしばしば低音部領域
における再生装置全体のひずみの主要部分を占めてい
る。
スピーカの低音部レスポンスを一つまたはもう一つの点
で改善することのできる方法は多数知られている。その
ような方法の一つはスピーカを動作させる増幅器の音質
曲線を変化させて低音部領域におけるスピーカの音質曲
線を補償するものである。この方法の一つの欠点は複雑
なフィルタを設ける必要があることであり、またもう一
つの欠点はそのような補償ではスピーカの機械的パラメ
ータは元のままであり、最終的な低音部レスポンスはこ
の機械的パラメータが支配的となるため、その変動に基
づくひずみは何ら低減しない。すなわち機械的パラメー
タの変化に敏感なままとなる。
別の既知の方法では、例えばスピーカの振動板に取り付
けられた加速度変換器を用いて、スピーカから増幅器に
帰還を施している。一般的な制御理論によれば、この方
法は低音部音域におけるひずみを減小させかつ周波数範
囲を増大させるはずである。ところが実際には、ある種
の問題が生じるので、評価できるほどの改善を与えるこ
とは困難である。さらに、この方法は低音部反射形キャ
ビネットとともに使用するのには適しない。その理由
は、そのようなキャビネットにおける振動板の振幅は音
圧に直接関係していないからである。
さらに、必ずしも低音部スピーカであることを必要とし
ないスピーカの音のレスポンスを改善するための既知の
方法は、例えばドイツ国特許第2,029,841号明細書に記
載されたように、スピーカを並列共振回路と直列に接続
することを必要とする。
ボイスコイル抵抗の影響を変えることによってスピーカ
のレスポンスを改善することができることも知られてい
る。これは、例えばドイツ国特許第2,235,664号明細書
に従って得られた電流帰還による、適当な出力抵抗を有
する増幅器でスピーカを動作させることによって行われ
る。
［発明が解決しようとする課題］ この発明は、スピーカの低音部レスポンスを改善するた
めのより効果的な駆動装置を実現することを目的とし、
さらにはそのためのより具体的な電気回路構成を提供す
ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明における第１の発明は、再生すべき音に対応す
る入力電圧が印加される入力端子と、スピーカが接続さ
れる出力端子と、スピーカの駆動電流に比例する電圧を
取り出す電圧取出手段と、入力端子の電圧から電圧取出
手段の出力電圧を減算する電圧減算手段と、電圧減算手
段の出力端に接続されるフィルタ回路手段と、フィルタ
回路手段の出力電圧と前記電圧取出手段からの出力電圧
とを加算する電圧加算手段と、電圧加算手段と前記出力
端子との間に接続される電力増幅手段と、からなり、フ
ィルタ回路手段の周波数特性に応じて、電力増幅手段へ
帰還されるスピーカの駆動電流に比例する電圧の周波数
特性を変化させ、駆動回路の出力インピーダンス中に、
電気負性抵抗に加えて、スピーカの機械的パラメータの
可動質量及びコンプライアンスの少なくとも１つを見か
け上変化させるための、キャパシタンス成分及びインダ
クタンス成分の１つを等価的に形成するか、又はこれら
２つの成分の並列回路を等価的に形成するように構成さ
れているスピーカ駆動装置であり、この発明における第
２の発明は、再生すべき音に対応する入力電圧が印加さ
れる入力端子と、スピーカが接続される出力端子と、入
力端子の電圧に所定周波数特性を付与するフィルタ回路
手段と、スピーカの駆動電流に比例する電圧を取り出す
電圧取出手段と、フィルタ回路手段の出力電圧と電圧取
出手段からの出力電圧とを加算する電圧加算手段と、電
圧加算手段の出力電圧を入力とし、出力インピーダンス
中に負性抵抗成分を等価的に有する電力増幅手段と、電
力増幅手段と出力端子との間に構成され、スピーカの機
械的パラメータの可動質量及びコンプライアンスの少な
くとも１つを見かけ上変化させるための、キャパシタン
ス成分及びインダクタンス成分の１つを等価的に有する
か、又はこれら成分の並列回路を等価的に有するインピ
ーダンス回路手段とからなり、フィルタ回路手段の周波
数特性は、インピーダンス回路手段が形成する周波数特
性に対応して設定されているスピーカ駆動装置である。
［作用］ この発明の駆動装置は、出力インピーダンス中に形成さ
れる負性抵抗成分がスピーカのボイスコイル固有の電気
抵抗値を低減または無効化し、スピーカ入力端子に電気
等価的にスピーカのボイスコイル固有の機械インピーダ
ンスを直接露呈したうえで、出力インピーダンス中に同
時に形成されるリアクタンス成分でこれら機械インピー
ダンスを変更する基本作用を有するもので、この発明に
おける第１の発明は、これら出力インピーダンス中の負
性抵抗成分およびリアクタンス成分の生成動作、加えて
実用上必要となる入力信号特性の補償動作の双方を電気
サーボで一挙に実現し、第２の発明は、これらを電気サ
ーボ構成および実リアクタンス素子の混成構成で実現す
る。
［効果］ この発明によれば、駆動装置でスピーカを駆動するだけ
でそのスピーカの低音部振動特性を簡単かつ効果的に改
善できるとともに、第１の発明によれば、全てを増幅器
側の電気サーボ構成で実現できるので実用的な効果があ
り、また、第２の発明によれば、一部を実素子で構成す
るものの電気サーボ構成がそれほど複雑化しないで済む
という効果がある。
［実施例］ 次に添付の図面を用いて、この発明についてさらに詳細
に説明するが、第１、第２の発明を具体的に説明する前
に、まず、これら発明を理解するための基本原理の説明
をする。
第１図は低音部レスポンスが改善されるべきスピーカ素
子の断面図であって、関係のない素子は明確のために省
略してある。このスピーカ素子はダイナミック形のもの
であって、いわゆる電気−機械−音響変換を行うもので
あり、ボイスコイルは磁極間のエアギャップ中を移動可
能である。この第１図およびその他の図ならびにこの明
細書において、記号Ａは、電気−機械変換の力係数と呼
ばれるものであって、具体的には磁界の強さとエアギャ
ップにおけるボイスコイル導線の長さの積である。まず
電気的な面からみると、ボイスコイルの電気的インピー
ダンスZEは、低い周波数では良好な近似で、抵抗値REを
もった純抵抗性のものであると考えることができる。次
に機械的な面からみると、ボイスコイルの運動は振動系
に固有の機械パラメータである可動質量MM（機械インダ
クタンス）、減衰RM（機械抵抗）およびコンプライアン
スCM（機械キャパシタンス）から成る機械直列インピー
ダンスを有する振動板に伝達され、これにより音を再生
することができる。
スピーカ素子におけるこれら電気−機械系を解析するに
当たっては機械−電気的類推法を用いて、機械的力を電
圧、速度を電流、質量をインダクタンス、減衰を抵抗、
コンプライアンスをキャパシタンスとしてそれぞれ取り
扱うことができる。スピーカ素子の電気的な側と機械的
な側との関係は、電気的な側の端子間電圧Ｕおよび電流
Ｉと、機械的な側の駆動の力Ｆおよび振動の速度Ｖとを
それぞれの入出力とするような第２図ａのごとき二端子
対回路により表される。
この二端子対回路における、電気的な側と機械的な側と
の間の関係は、前記の力係数Ａを用いた行列表記式で次
のように表すことができる。
この関係を有する二端子対回路は一般にジャイレータと
呼ばれ、その特性Ｋは行列表記式 で表わされる。
また、この二端子対回路は、一方の側に接続された回路
網の双対をそれの他方の側から等価的に見ることができ
るような特性を有している。実際のスピーカ素子は、こ
の第２図ａの二端子対回路と前記第１図の構成の組合わ
せにより表され、第２図ｂのようになる。この第２図ｂ
において、ZMはスピーカ素子の機械的な側における固有
の機械インピーダンスであり、具体的には第１図に示し
たスピーカ素子の可動質量MM、減衰RMおよびコンプライ
アンスCMから成る機械直列インピーダンスを一括して表
したものである。この第２図ｂにおいて、機械的な側の
振動の速度Ｖの影響を含めた電気的な側の端子間電圧
Ｕ、及び電気的な側の電流Ｉの影響を含めた機械的な側
の駆動力Ｆは、それぞれ次のように表される。
Ｕ＝ZEI＋AV Ｆ＝−AI＋ZMV 次に、前記第２図ｂのスピーカ素子を通常使用する際に
は、このスピーカ素子にさらに、電気的な側では、電気
出力インピーダンスZU（単一または複数成分から構成さ
れるがこれらを一括して表現）を有する増幅器が付加さ
れ、また、機械的な側では、当該スピーカ素子が駆動す
べき周囲の空気が形成する付加インピーダンス、より具
体的に言えば、当該スピーカ素子を組み込むキャビネッ
トの形状、大きさ等に依存する機械インピーダンスZBが
負荷として生じる。以上から増幅器およびスピーカの組
み合わせからなるシステムは、第２図ｃを参照して説明
される。
第３図ａおよび第３図ｂはそれぞれ電気的および機械的
な側から見た第２図ｃのシステムに等価な回路を示す。
インピーダンスと直列に接続された電圧発生器は同じイ
ンピーダンスと並列に接続された電流発生器と等価であ
るので、第３図ｃおよび第３図ｄに示した回路は、それ
ぞれ電気的および機械的な側から見たときの第２図ｃに
示したシステムを説明するために第３図ａおよび第３図
ｂに示した回路と置き換えることができる。
通常の増幅器およびスピーカの組み合わせからなるシス
テムで音を再生する際、その低音部レスポンスがどのよ
うになるかを第３図ｄに示す機械等価回路で説明する。
振動板の振動特性は、機械共振回路としてのふるまいで
決定されるものであり、図中から実質的に無視できる要
素を除いていくと、この機械共振回路は、概略、可動質
量MM、コンプライアンスCMで決まる機械共振周波数、な
らびに、これら可動質量MMおよびコンプライアンスCMに
加えて減衰A2／RE（共振制動成分）で決まる機械共振周
波数近傍の特性変化の急峻性の２つでほぼ代表され、こ
れらが低音を再生する際の低音部レスポンスを形成して
いく。
第４図ａおよび第４図ｂはスピーカを動作させるために
この発明により実現される増幅器の主機能を示す電気的
等価回路を示す。この増幅器の実効出力インピーダンス
は、コンデンサCP、抵抗RPおよびインダクタンスLPから
なる電気並列インピーダンスZPと直列に接続された負性
抵抗RSを含むかまたはこれに等しい。負性抵抗の値はボ
イスコイルの抵抗REに等しいかまたはほぼ等しい。ここ
において示されたLP,CP及びRPはこの増幅器の電気出力
インピーダンスZU中の特に電気並列インピーダンスZP中
に形成されるいわゆる電気的なキャパシタンス成分
（Ｃ）、抵抗成分（Ｒ）、インダクタンス成分（Ｌ）を
示す。増幅器または増幅器の組合せが導線を通してスピ
ーカ素子を駆動するときには、導線の長さなどのために
ボイスコイルの抵抗に対して導線の抵抗を無視すること
ができないので、負性抵抗RSの値はその導線とボイスコ
イルの抵抗値の和にほぼ等しくすればよい。第４図ａで
は電源は並列インピーダンスに並列な電流発生器として
示されている。代りに電源が電圧発生器とみなされる場
合には、その発生器の出力電圧は電気並列インピーダン
スZPと同様に周波数とともに変化するであろう。
第５図ａは、この発明における第１の発明の第１の実施
例を示すものである。これは、再生すべき音に対応する
入力電圧が印加される入力端子と、スピーカが接続され
る出力端子と、スピーカの駆動電流に比例する電圧を取
り出す電圧取出回路（演算増幅器４周辺）と、入力端子
の電圧から電圧取出回路の出力電圧を減算する電圧減算
回路（演算増幅器１入力周辺）と、電圧減算回路の出力
端に接続されるフィルタ回路（演算増幅器1,2,3周辺）
と、フィルタ回路の出力電圧と前記電圧取出回路からの
出力電圧とを加算する電圧加算回路（電力増幅器５入力
周辺）と、電圧加算回路と出力端子との間に接続される
電力増幅器５とで構成されている。電気並列インピーダ
ンスCP,RP,LPと直列に接続された負性抵抗RSに少なくと
もほぼ等価である実効出力インピーダンスと構成素子と
の間には次の関係が適用可能である。
Ｇは第４図ａおよび第４図ｂにおける増幅定数である。
また、RSは開放安定形の負性抵抗となる。
前記の式からわかるように、種々のパラメータRS,CP,
RP,LPおよびＧはそれぞれRRs,CCp,RRp,RLpおよびRGを変
化させることによって互いに独立に変化させることがで
きる。
第５図ａに示した回路の適当な設計例として構成素子の
値を次のように選定すればよい。
R4＝0.1Ω R5＝1KΩ R6＝10KΩ この特定の選択は、演算増幅器４の出力における（ボル
ト単位で測定した）電圧がスピーカ素子を通る（アンペ
ア単位で測定した）電流に等しいことを意味している。
R1＝R2＝R3＝10KΩ R7＝10KΩ R8＝100KΩ RA＝100KΩ C1＝１μＦ この特定の選択はRS,CP,RP,LPおよびＧを計算するのが
容易であることを意味している。
抵抗をオームで、キャパシタンスをファラドでかつイン
ダクタンスをヘンリーで測定した場合、 RS＝−105／RRs,CP＝CCp・104F, RP＝RRp・10-4,LP＝RLR・10-6H, および 演算増幅器１〜４はμA 741形のものでよい。
電力増幅器５は普通の形式のものであって演算増幅器の
特性を呈するものである。
第５図ｂは、この発明における第１の発明の第２の実施
例を示すものである。これも前述した第１の実施例と同
様、再生すべき音に対応する入力電圧が印加される入力
端子と、スピーカが接続される出力端子と、スピーカの
駆動電流に比例する電圧を取り出す電圧取出回路（R4）
と、入力端子の電圧から電圧取出回路の出力電圧を減算
する電圧減算回路（演算増幅器６入力周辺）と、電圧減
算回路の出力端に接続されるフィルタ回路（演算増幅器
６周辺）と、フィルタ回路の出力電圧と前記電圧取出回
路からの出力電圧とを加算する電圧加算回路（電力増幅
器７入力周辺）と、電圧加算回路と出力端子との間に接
続される電力増幅器７とで構成されている。第５図ａに
示した回路と比較して、この回路は種々のパラメータ
RS,CP,LP，およびＧをただ一つの構成素子により互いに
独立に変化させることができないという欠点を有する。
第６図は、第５図ａおよび第５図ｂに示した回路のブロ
ック図であり、すなわちこの発明における第１の発明の
基本構成を示したものである。構成図の各部分、すなわ
ち加算器、およびフィルタなどは第５図ａおよび第５図
ｂに示したもの以外の方法で実現させることもできる。
電力増幅器にフィルタ作用をもたせるようにした他の回
路も考えられる。
第５図ａでは構成素子RG,1,CCp,RRp,3,C1,R1,2,R2,R3お
よびRLPによって帯域フィルタが形成されている。構成
素子RG,1,RRpおよびRAは第１の加算器を形成する。演算
増幅器４の出力における電圧はスピーカ素子を通る電流
に比例し、この電圧は前記の加算器において入力電圧Ui
nに加算される。構成素子R7,C,R8および５はAC接続形電
力増幅器を形成する。従って、DCオフセット電圧は大き
いコンデンサＣ（構成素子の前述の値については100μ
Ｆ以上）によって消去される。すなわち、信号成分のう
ち超低周波および直流成分はこのコンデンサＣによって
遮断される。第２の加算器は構成素子R7,R8,5,RRsによ
って形成される。演算増幅器４の出力における電圧は帯
域フィルタからの出力電圧に加算される。
第５図ｂでは構成素子RG,CLp、演算増幅器6,RRpおよびC
Cpが帯域フィルタを形成している。構成素子RG,CLp,6,R
Rp,CCpおよびRAは第１の加算器を形成する。第２の加算
器は構成素子R7,C,R8,7,R2,R3およびRRsによって形成さ
れる。第５図ｂではリンクＣ・R8の時定数を大きくする
べきである。
この発明における第２の発明の実施例を第７図に示す。
これは、再生すべき音に対応する入力電圧が印加される
入力端子と、スピーカが接続される出力端子と、入力端
子の電圧に所定周波数特性を付与するフィルタ回路（帯
域フィルタ）と、スピーカの駆動電流に比例する電圧を
取り出す電圧取出回路（R1）と、フィルタ回路の出力電
圧と電圧取出回路からの出力電圧とを加算する電圧加算
回路（電力増幅器８入力周辺）と、電圧加算回路の出力
電圧を入力とする電力増幅器８と、電力増幅器と出力端
子との間に接続されるインピーダンス回路（LP,RP,CP）
とで構成されている。第１の発明の実施例である第５図
a,bの回路と比較して、この回路は、場合によっては、
出力側の並列回路のインピーダンスが実用的な見地から
不適当な値となったり、入力側の帯域フィルタを特殊な
方法で出力側の並列回路に適合させなければならない等
の必要が新たに生じることがあるが、実リアクタンス素
子との混成としたため、電気サーボ回路構成の複雑化が
回避できるという効果を有する。
第５図ｂの場合と同様に第７図におけるリンクＣ・R4の
時定数は大きく選択される。
第４図による等価回路または第５図ないし第７図による
回路図をもったこの発明による増幅器または増幅器組合
せを使用した場合、電気的および機械的な側から見た増
幅器−スピーカ素子のシステムはそれぞれ第８図ａおよ
び第８図ｂによる等価回路図で説明することができる。
これに対し、ほとんど純抵抗性の出力インピーダンス
（Ru）を有する通常の増幅器によるスピーカ素子を駆動
する場合には、機械的な側からみて第８図ｃのような等
価回路となる。この発明により実現されるスピーカ駆動
装置の基本原理効果を確認するため第８図ｂおよび第８
図ｃを比較すると、この発明によれば増幅器の電気出力
インピーダンスZU中に形成された電気並列インピーダン
スZPの各成分、より詳しく言えば、電気キャパシタンス
成分CP，電気抵抗成分RP、および電気インダクタンス成
分LP等によって、機械系からこれら各電気インピーダン
スを見込んだとき、そこに等価的に形成される等価機械
インピーダンスが機械系固有の機械インピーダンスのそ
れぞれに直列に接続された合成機械インピーダンスとし
て作用する状態となるので、これによりあたかも（すな
わち見掛け上）前記固有の機械インピーダンスの値が、
すなわちスピーカの機械的パラメータの値が前記合成機
械インピーダンスの値に変更されたこととなり（もし仮
にこの状態でスピーカの機械的パラメータを測定すれば
可動質量MM、減衰RMおよびコンプライアンスCMのそれぞ
れが前記合成機械インピーダンスの値に変化したように
測定される）、もってこの電気的制御により合成された
機械パラメータに基づいた低音部振動特性（機械共振周
波数、および該周波数近傍の特性変化の急峻性）を有す
るスピーカ素子が等価的に実現できる。ここで、電気並
列インピーダンスZPの各成分CP,RP,LPがそれぞれ等価的
に機械インピーダンスとしてどのような値と等価になる
かの関係式を示す。
電気キャパシタンスCP→ 等価機械インダクタンスA2・CP 電気抵抗RP→ 等価機械抵抗A2／RP 電気インダクタンスLP→ 等価機械キャパシタンスLP／A2 従って、スピーカ素子の通常の動作と比較して、この発
明により実現されるスピーカ駆動装置によれば、駆動す
るのみでスピーカ素子の可動質量の見掛け上の増大、減
衰の見掛け上の変化、およびコンプライアンスの見掛け
上の減小が得られる。見掛けの質量Ｍ′Ｍ、見掛けの減
衰Ｒ′Ｍおよび見掛けの弾性Ｃ′Ｍと対応するもとの大
きさとの間の関係は次式によって与えられる。
Ｍ′Ｍ＝MM＋A2CP Ｒ′Ｍ＝RM＋A2／RP 増幅器または増幅器組合せの出力インピーダンスにおけ
る電気並列インピーダンスCP,RPおよびLPを適当に選択
することによって、スピーカの周波数範囲に変化が生じ
るようにスピーカ素子のパラメータを変化させることが
できる。見掛けのパラメータＭ′Ｍ,R′ＭおよびＣ′Ｍ
の一つ以上を実際のパラメータMM,RMおよびCMに対して
優勢にすることによって、実際のパラメータの非直線性
によりひき起こされたひずみの部分をも減小させること
ができる。この点についての要件は、Ａが線形であるこ
と、および振動板がこわくかつ可動コイルにしっかりと
接続されていて見掛けの変化がほぼ直線的であることで
ある。
前記の式を用いればCP,RPおよびLPの所望値を計算する
ことができる。CP＝５×10-3F，RP＝1.5ΩおよびLP＝２
×10-2Hに選定することが望まれていると仮定し、さら
にRE＝６Ωを有する特殊なスピーカ素子に対して増幅定
数Ｇが４であるべきであると仮定すれば、前に示した構
成素子の値を使用するとして、RRs,CCp,RRp,RLpおよびR
Gは次の値をとる。
RRs＝16.7KΩ，CCp＝0.5μF, RRp＝15KΩ， RLp＝20KΩおよび RG ＝25KΩ これまでCP,RPおよびLP＞０の場合だけについて述べて
きた。理想的な状態が得られればこれらのうちの一つ以
上を負にしてＭ′ＭおよびＲ′Ｍを減小させまたはＣ′
Ｍを増大させることは少なくとも理論的には可能なはず
である。しかしながら、特に、ZEが純粋に抵抗性ではな
くて誘導性でもあるという事実のために、それは安定性
の問題を発生することになろう。
さらに、電気並列インピーダンスが容量性素子および誘
導性素子の両方を含むことは必要でない。例えば、質量
MMにおける見掛けの増大および減衰RMにおける変化だけ
が望まれている場合には、誘導性素子LPは必要とされな
いので、第５図ａにおいて既述の帯域フィルタは低減フ
ィルタに変形されかつ構成素子RLp,3,C1,R1,2,R2および
R3は省略することができ、また第５図ｂにおいてコンデ
ンサCLpは短絡される。
第９図は37リットルの密閉箱に取り付けられた12インチ
のスピーカ素子について無響室で測定した表および音の
曲線を示す。
第９図は下記に挙げるそれぞれの場合について説明して
いる。ここでfo,Qは、前述した機械共振回路としての機
械共振周波数、および該周波数近傍の特性変化の急峻性
に対応するものであって、それぞれスピーカの最低共振
周波数、およびこの最低共振周波数における共振のＱ値
であり、スピーカ音圧特性曲線上での低域遮断周波数、
およびその近傍の特性変化の急峻さを表わす指標とな
る。
一定電圧振幅における正常の動作では約70Hzの下限周波
数foおよび約0.9のＱ値が得られる。
この発明により実現される増幅器（又はその組み合わ
せ）の電気出力インピーダンス中の電気並列インピーダ
ンスZPのうち電気キャパシタンスCP、電気抵抗RPを調節
し、スピーカ素子の機械的パラメータである可動質量MM
および減衰RMを見掛け上増大させることによって（上記
の表において、MM合計およびRM合計とあるのは、このよ
うな見掛け上の増大を含む意味である）、場合ｂおよび
場合ｃにおいては、計算上では共振のＱ値が0.7に低下
し、かつ、最低共振周波数foがそれぞれ40Hzおよび20Hz
に低下する（表を参照せよ）。なお、一般的なスピーカ
素子あるいはスピーカシステムの設計においては、前記
foが低いほど、あるいは前記Ｑ値が小さいほど、実現に
際して技術的困難を伴ったりコストアップにつながるか
らこれをもって技術的に高度と称することも可能である
が、ここでは前記fo,Q値を電気的に制御可能な点が重要
であり、これによりキャビネット設計との関係から生じ
るスピーカ素子としての特性上の制約を満足させると
か、スピーカ素子の製造上の特性バラつきを解消させる
等、様々な特性要求を容易に実現できるのである。
また、以上の説明では、この発明のスピーカ駆動装置に
よるスピーカ低音部振動特性の改善効果は、このスピー
カ駆動装置で駆動することによって、スピーカ固有の機
械インピーダンスの値が変更されることによると述べた
が、これは見方を変えると、スピーカの低音部遮断周波
数近傍での駆動電流位相の進め具合遅れ具合を電気的に
調整していることとも解釈でき、例えば、スピーカの低
音部遮断周波数以下で生じる振動板の動きの慣性遅れを
あらかじめ駆動信号の電流位相を進めることにより補償
するように動作させているというようにも説明できる。
第10図ａに示した実線の曲線は、43リットルの低音部反
射箱に取り付けられた8.5インチのスピーカ素子を一定
電圧振幅で動作させて無響室で測定したときに得られた
ものである。第10図ｂの実線の曲線は、同じスピーカに
ついて、この発明によるスピーカ駆動装置で駆動してそ
のスピーカ素子の質量および減衰を見掛け上増大させか
つコンプライアンスを減小させて、無響室で測定したも
のである。対応する破線の曲線は理論的に計算したもの
である。このシステムは増幅器における二次の高域フィ
ルタとともに限界周波数20Hzをもった六次のバタワース
（Butterworth）フィルタとして動作するように設計さ
れている。このシステムはまた、ボイスコイルのインダ
クタンスの影響とともに交さ回路網として使用されるよ
うに、限界周波数100Hzをもった低域RCリンクが補足さ
れている。ひずみは、低い周波数では、一定電圧振幅を
用いた動作と比較して明らかに減小するが、スピーカを
この発明により動作させたときには100Hzの付近で増大
する。100Hz付近での増大はボイスコイルのインダクタ
ンスが非直線であることによるものである。
まとめなおすと、このシステムは、低音部反射箱に取り
付けられたスピーカ素子からなる組合わせが本来的に具
備する四次低域遮断フィルタ特性と共に、増幅器側にも
電気的に二次低域遮断フィルタ特性を付与しており、全
体的としてこの種の再生に適すると言われている六次の
バタワース（Butterworth）フィルタ特性を形成させて
おり、このバタワースフィルタの低域遮断周波数は20Hz
に設定されているのである。ひずみは、低い周波数では
前記のように非直線性の多い振動系固有の機械パラメー
タより電気制御により付加される安定な機械等価パラメ
ータ成分が優性となっているため、一定電圧振幅を用い
た動作と比較して明らかに減少するが、スピーカをこの
スピーカ駆動装置で駆動すると、100Hz付近で増大（こ
のひずみ増大は、ボイスコイルのインダクタンスの非直
線性が無視できなくなってくるからである）してしまう
ので、このボイスコイルのインダクタンスの無影響を排
除するため、加えてこのシステムをマルチチャンネルシ
ステムの低音専用システムとする際のクロスオーバネッ
トワークを形成するため、別途、高域遮断周波数100Hz
の高域遮断フィルタが増幅器側に補足されているのであ
る。
ボイスコイルのインダクタンスの非直線性が消去された
スピーカ・システムのひずみの状態は第11図に示されて
いる。実線の曲線はこの発明のスピーカ駆動装置で駆動
されたスピーカに適用され、また破線の曲線は無視可能
な出力インピーダンスを有する増幅器で動作させたとき
のスピーカに適用させる。いずれの場合にも、各周波数
における音響出力レベルが自由空間において１メートル
の距離で90dBsplになるようにスピーカに信号が加えら
れた。
これまでこの発明のいくつかの実施例およびこれに関連
して行われた試験について説明してきたけれども、この
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。スピ
ーカは第１図に示した形式のものである必要はなく、ま
た増幅器または増幅器組合せの出力インピーダンスおよ
び動作方法は第４図ａおよび第４図ｂに示したとおりの
ものである必要はない。さらに、ときには、上限周波数
におけるＱ値を調整するためにRSを調整してRS＋REがゼ
ロよりも大きくなる（REの約0.4倍まで）ようにするの
が適当なこともある。
さらに詳細な事項については、1976年３月スウェーデ
ン，ストックホルムS-10044,王立技術院音声通信部，カ
ルル・エリク・ストールによる「電気的手段によるスピ
ーカの機械的パラメータの制御」と題する学位論文（an
examination thesis entitled“Control of Loudspeak
er Mechanical Parameters by Electrical Means"by Ka
rl Erik Stahl,Royal Institue of Technology（KTH）.
Department of speach communication,S-10044 Stockho
lm,Sweden,March 1976）を参照するとよい。
以上、この明細書中の実施例に開示される内容を整理し
て眺めてみると、下記列記のような種々の技術思想とし
て把握することができる。
（１）ダイナミックスピーカ素子のボイスコイルにこの
ボイスコイルから見た実効出力インピーダンスが抵抗性
（RP）および誘導性（LP）および（または）容量性
（CP）の素子の含まれている少なくとも一つの電気並列
インピーダンス（ZP）と直列に接続された負性抵抗
（RS）を実質上含むかまたはこの負性抵抗に等価である
増幅器または増幅器組合せから再生されるべき音に対応
して電気的エネルギーを加えること、音に対応したエネ
ルギーの供給が前記の電気並列インピーダンス（ZP）に
接続された電流発生器（Ｉ′）に実質上等価であるこ
と、負性抵抗（RS）の値がボイスコイルの抵抗（Re）に
ほぼ等しい大きさになるように選定されていること、な
らびに前記の電気並列インピーダンス（ZP）における少
なくとも一つのリアクタンス素子がスピーカ素子のひず
みおよび（または）周波数範囲に有効な影響を与えるよ
うな値を有することを特徴とする、ダイナミックスピー
カの低音部レスポンスを改善する方法。
（２）再生されるべき音に対応した電気的エネルギーを
ダイナミックスピーカ素子のボイスコイルに供給するよ
うに構成された増幅器または増幅器組合せを有し、かつ
ボイスコイルから見た増幅器または増幅器組合せの実効
出力インピーダンスが抵抗性（RP）および誘導性（LP）
および（または）容量性（CP）の素子の含まれている少
なくとも一つの電気並列インピーダンス（ZP）と直列に
接続された負性抵抗（RS）を含むかまたは実質上この負
性抵抗に等価であること、音に対応した電気的エネルギ
ーの供給が前記の電気並列インピーダンス（ZP）と並列
に接続された電流発生器（Ｉ′）に実質上等価であるこ
と、負性抵抗（RS）の値が可動コイルの抵抗（RE）に実
質上等しいこと、ならびに前記の電気並列インピーダン
ス（ZP）における少なくとも一つのリアクタンス素子が
スピーカ素子のひずみおよび（または）周波数範囲に有
効な影響を与えるような値を有することを特徴とする、
（１）項に記載の方法を実施するための装置。
（３）ボイスコイルを有するスピーカを負性抵抗を介し
て駆動し当該スピーカのボイスコイルに固有の電気抵抗
値を等価的に低減または無効化したうえで、前記駆動す
る側の電気出力インピーダンス値を前記スピーカの低音
部遮断周波数付近の周波数で変化させ、当該スピーカの
振動系の機械インピーダンス値を等価的に変更するスピ
ーカ駆動装置。
（４）ボイスコイルを有するスピーカを負性抵抗を介し
て駆動し当該スピーカのボイスコイルに固有の電気抵抗
値を等価的に低減または無効化したうえで、前記スピー
カの低音部遮断周波数以下の周波数で前記駆動電流位相
を進め、当該周波数以下での振動系の慣性遅れを補償す
るようにしたスピーカ駆動装置。
（５）再生されるべき音に対応した入力電圧を受ける入
力端子、 スピーカ素子が接続される出力端子、および前記のスピ
ーカ素子を通る電流に比例する電圧を取り出すための装
置、 入力電圧から前記の電圧取出し装置からの電圧の第１部
分を減ずるために前記の入力端子に接続された第１加算
回路、 前記の加算回路の出力に接続されたフィルタ回路、 前記のフィルタ回路からの出力信号に前記の電圧取出し
装置からの電圧の第２部分を加えるために前記のフィル
タ回路の出力に接続された第２加算回路、ならびに 前記の第２加算回路の出力と前記の出力端子との間に接
続された電力増幅回路 とを備えた、（１）項に記載の方法を実施するための装
置。
（６）前記のフィルタ回路が第１演算増幅器と直列な抵
抗器および前記の第１増幅器と並列な第２抵抗器を含む
第１並列組合せを有している、（５）項に記載の装置。
（７）前記の第１増幅器と並列な第１コンデンサ、およ
び前記の第１並列組合せと並列に接続された第２並列組
合せをさらに有し、前記の第２並列組合せが第２演算増
幅器と直列な第３抵抗器を有し、第２演算増幅器が第４
抵抗器と直列になっており、第４抵抗器が第５抵抗器と
直列に接続された第３演算増幅器と直列になっておりか
つ前記の第２増幅器が第２コンデンサにより分路されか
つ前記の第３演算増幅器が第６抵抗器により分路されて
いる、（６）項に記載の装置。
（８）前記の第１加算回路が第６抵抗器を有し、この抵
抗器の一端が前記の第１抵抗器と第５抵抗器との間の共
通点に接続されかつそれの他端が前記の電圧取出し装置
に接続されている、（６）項または（７）項に記載の装
置。
（９）前記の電力増幅回路が第３電力演算増幅器と直列
に接続された第３コンデンサと直列な第７抵抗器を有
し、第３電力演算増幅器が第８抵抗器により分路されて
いる、（８）項に記載の装置。
（10）前記の第２加算回路が第９抵抗器を有し、この抵
抗器の一端が第７抵抗器と第８抵抗器との間の共通点に
接続されかつそれの他端が前記の電圧取出し装置に接続
されている、（９）項に記載の装置。
（11）前記の電圧取出し装置が前記の出力端子に接続さ
れた第４演算増幅器を有し、前記の出力端子に第10抵抗
器を通してスピーカ素子が接続され、前記の第３増幅器
が第11抵抗器により分路され、前記の第３増幅器の出力
がそれぞれ前記の第６および第９抵抗器の前記の他端に
接続され、かつ第12抵抗器がスピーカ素子の接続されて
いる前記の出力端子と接地との間に接続されている、
（10）項に記載の装置。
（12）前記のフィルタ回路がさらに第１コンデンサを有
し、このコンデンサの一方の端子が前記の第１抵抗器と
前記の第１演算増幅器の入力との間の共通点に接続され
かつそれの他方の端子が前記の第１演算増幅器の出力に
接続され、かつ前記の第１コンデンサと並列に第２抵抗
器が接続されている、（６）項に記載の装置。
（13）前記のフィルタ回路が、前記の第２抵抗器と前記
の第１演算増幅器の入力の共通点と前記の第１コンデン
サと前記の第１抵抗器の共通点との間に直列に接続され
た第２コンデンサを有している、（12）項に記載の装
置。
（14）前記の第１加算回路が第３抵抗器を有し、この抵
抗器の一端が前記の第１抵抗器と前記の第１コンデンサ
との間の共通点に接続されかつそれの他端が前記の電圧
取出し装置に接続されている、（12）項または（13）項
に記載の装置。
（15）前記の電力増幅回路が、第２電力演算増幅器の一
方の入力に接続された第３コンデンサ、前記の第３抵抗
器と第２電力演算増幅器の前記の第１入力との間の共通
点に接続された第４抵抗器、前記の第２電力演算増幅器
の出力とそれの第２入力との間に接続された第５抵抗
器、および前記の第２入力と接地との間に接続された第
６抵抗器を有している、（12）項に記載の装置。
（16）前記の第２加算回路が、前記の第１演算増幅器の
出力と前記の第３コンデンサとの間に接続された第７抵
抗器、および一端を前記の第７抵抗器と前記第３コンデ
ンサとの共通点に接続しかつ他端を前記の電圧取出し装
置の出力に接続した第８抵抗器を有している。（14）項
に記載の装置。
（17）前記の電圧取出し装置がスピーカ素子の接続され
る前記の端子と接地との間に接続された第９抵抗器を有
し、これによりそれぞれ第３および第８抵抗器の前記の
他端がスピーカ素子の接続される前記の出力端子に接続
されている、（15）項に記載の装置。
（18）ボイスコイルを有するスピーカを、電気的サーボ
構成により出力インピーダンス中に負性抵抗成分を形成
した電力増幅回路で駆動するようにしたスピーカ駆動装
置において、負性抵抗成分は、スピーカの低音部遮断周
波数付近でのみ生じるようにしたスピーカ駆動装置。
（19）電力増幅回路は、遮断周波数が約100Hzの低域通
過フィルタを具備してなる、（18）項に記載のスピーカ
駆動装置。
【図面の簡単な説明】
第１図はスピーカ素子の断面図である。 第２図ａないし第２図ｃはスピーカ素子を説明するため
の二端子対回路を示す。 第３図ａないし第３図ｄはそれぞれ電気的および機械的
な側から見た前記の二端子対回路に対する等価回路を示
す。 第４図ａおよび第４図ｂはこの発明により実現される増
幅器または増幅器組合せに対する等価回路を示す。 第５図ａ、第５図ｂおよび第６図はこの発明における第
１の発明を説明するためのもので、第５図ａは第１の発
明の第１の実施例を示す回路図、第５図ｂは第１の発明
の第２の実施例を示す回路図、そして第６図は第１の発
明の基本的構成を示すブロック図である。 第７図はこの発明における第２の発明の実施例を示す回
路図である。 第８図ａおよび第８図ｂはこの発明により実現される増
幅器を、別途スピーカ素子と組合せたシステムに対する
等価回路であり、また第８図ｃは一定電圧振幅および純
抵抗性出力インピーダンスを有する増幅器によるスピー
カ素子の通常の動作に対する等価回路である。 第９図ないし第11図はこの発明に関連して実施された試
験の結果を表わす曲線図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ボイスコイルを有するスピーカの低音部再
    生特性を電気回路構成により変更する駆動回路であっ
    て、 再生すべき音に対応する入力電圧が印加される入力端子
    と、 前記スピーカが接続される出力端子と、 前記スピーカの駆動電流に比例する電圧を取り出す電圧
    取出手段と、 前記入力端子の電圧から前記電圧取出手段の出力電圧を
    減算する電圧減算手段と、 この電圧減算手段の出力端に接続される低域フィルタ、
    高域フィルタ、及び帯域フィルタの内のいずれかからな
    るフィルタ回路手段と、 このフィルタ回路手段の出力電圧と前記電圧取出手段か
    らの出力電圧とを加算する電圧加算手段と、 この電圧加算手段と前記出力端子との間に接続される電
    力増幅手段とからなり、 前記フィルタ回路手段により、前記電力増幅手段へ帰還
    される前記スピーカの駆動電流に比例する電圧の周波数
    特性を変化させ、前記駆動回路の出力インピーダンス中
    に、電気負性抵抗に加えて、電気キャパシタンス成分
    （CP）及び電気インダクタンス成分（LP）の内の１つを
    形成するか、又はこれらの２つの成分の並列回路を形成
    するように構成されているとともに、 前記駆動回路の電気出力インピーダンス中に形成された
    電気キャパシタンス成分又は電気インダクタンス成分の
    値（CP又はLP）が、これら電気キャパシタンス成分又は
    電気インダクタンス成分を前記スピーカの電気機械変換
    系の機械系側から見た等価機械インピーダンス（A2CP、
    LP／A2）が前記機械系に固有の機械インピーダンス
    （MM、CM）に直列に接続されて合成機械インピーダンス
    （MM′、CM′）を形成したときに当該等価機械インピー
    ダンスのない場合に比べてスピーカの低音部周波数範囲
    に有効な変化が生じるような値に設定されていることを
    特徴とするスピーカ駆動装置。
  2. 【請求項２】ボイスコイルを有するスピーカの低音部再
    生特性を電気回路構成により変更する駆動回路であっ
    て、 再生すべき音に対応する入力電圧が印加される入力端子
    と、 前記スピーカが接続される出力端子と、 前記入力端子に接続されるフィルタ回路手段と、 前記スピーカの駆動電流に比例する電圧を取り出す電圧
    取出手段と、 前記フィルタ回路手段の出力電圧と前記電圧取出手段か
    らの出力電圧とを加算する電圧加算手段と、 この電圧加算手段の出力電圧を入力とし、出力インピー
    ダンス中に負性抵抗成分を有する電力増幅手段と 前記電力増幅手段と前記出力端子との間に接続され、電
    気キャパシタンス成分（CP）及び電気インダクタンス成
    分（LP）の内の１つの成分を有するか、又はこれら成分
    の並列回路を有するインピーダンス回路手段と からなり、 前記インピーダンス回路手段の電気キャパシタンス成分
    又は電気インダクタンス成分の値（CP又はLP）は、これ
    ら電気キャパシタンス成分又は電気インダクタンス成分
    を前記スピーカの電気機械変換系の機械系側から見た等
    価機械インピーダンス（A2CP、LP／A2）が前記機械系に
    固有の機械インピーダンス（MM、CM）に直列に接続され
    て合成機械インピーダンス（MM′、CM′）を形成したと
    きに当該等価機械インピーダンスのない場合に比べて前
    記スピーカの低音部周波数範囲に有効な変化が生じるよ
    うな値に設定されているとともに、 前記フィルタ回路手段の周波数特性は、前記インピーダ
    ンス回路手段が形成する周波数特性にほぼ適合するよう
    に構成されている ことを特徴とするスピーカ駆動装置。
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