JPH10164685A - オーディオシステムにおけるスピーカドライブ回路 - Google Patents

オーディオシステムにおけるスピーカドライブ回路

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JPH10164685A
JPH10164685A JP8330370A JP33037096A JPH10164685A JP H10164685 A JPH10164685 A JP H10164685A JP 8330370 A JP8330370 A JP 8330370A JP 33037096 A JP33037096 A JP 33037096A JP H10164685 A JPH10164685 A JP H10164685A
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収一 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】オーディオシステムのスピーカ部分のドライブ
に関し、その効率の改善及び周波数特性の改善、歪率の
改善、音声聴感上の改善及び消費電力の改善等を図る。 【解決手段】入力信号に従って可動するスピーカボイス
コイル内に発生する逆起電力を取出し、正帰還及び負帰
還が出来る位相弁差動増幅器を通した夫々2つの信号
を、更に別の位相弁差動増幅器に入力する。この出力信
号をオーディオ出力信号の増幅器の出力段にフィードバ
ックする。スピーカに入力される印加電圧の訂正を正帰
還及び負帰還の増幅器の利得を夫々任意の値に連続的変
化させることにより、帰還条件を任意に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピーカを利用す
る全てのオーディオ機器のスピーカを駆動する増幅回
路、効率、特性及び電力改善等に関する所謂オーディオ
機器全般に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のスピーカはよく知られている如
く、線型のトランシューサーとして一般に知られてい
る。簡単なモデルで説明するならば、図1のような構造
のスピーカは、ボイスコイルに流れる入力信号によりス
ピーカのコーン紙x点を中心として±△xの範囲で移動
振動を行う。この場合、ボイスコイルがインダクタンス
(L)を有することからボイスコイル中にスピーカのコ
ーン紙を逆に振動させようとする力が磁界中に発生す
る。この電圧を一般にはスピーカの逆起電力△EEVと
呼ぶ。この簡単なモデルを図1(b)に示す。この逆起
電力△EEVを正帰還1)及び負帰還2)することによ
り、一般にスピーカのドライブを正御することの方法は
よく知られている。 1)例えば特願平5−168962 2)例えばUS特許5031221
【0003】これら一般的によく知られているスピーカ
ドライブの正帰還又は負帰還の方法は、スピーカのボイ
スコイル中に発生する誘導起電圧による正帰還又は負帰
還のみを扱ったモデルに基づいている。そして、その動
作は負帰還のループ利得を、例えば±0.5に固定し
1)及び2)、ダンピングファクターを±1に固定して
使うモデルが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では前述し
た如く何れもスピーカのボイスコイル内での逆起電力を
正帰還又は負帰還する所謂理想モデル的な解析を行った
ものに過ぎない。本発明の技術は、図2(a)、
(b)、(c)に夫々示した如く、これらの従来技術の
モデルと解析で考慮されなかったスピーカのコーン紙の
端での支えから出て来るスピーカコーン紙の機械的反発
力とその移動距離の制限からくる条件を従来の一般的モ
デルに追加し、解析及び考慮することが必要であり、こ
の条件を新しく追加し、考慮することにより実際の条件
に合致したスピーカ駆動の条件とする。
【0005】電気的に判断すると、従来の技術は正帰還
又は負帰還を連続的に制御できるシステムではない。本
発明の大きな特徴は図2に示した如くスピーカコーン紙
端の機械的なネジレによる抵抗力に加え、正及び負の帰
還回路を同時に使い、スピーカコーン紙の動作を制御す
ることが従来の一般的方法と根本的に異なり、より実用
的な技術改良につながる。
【0006】
【課題を解決するための手段】オーディオスピーカシス
テムの可動磁気駆動システムにおいて、ボイスコイル中
に発生する逆起電力とスピーカコーン紙の周辺端で発生
する反発力によって生じるエラー成分を修正する。その
ために逆起電力を正帰還及び負帰還増幅器に同時に誘導
し、且つ夫々の正又は負の異なる値の出力信号を他の差
動分別回路に導き、得られたその任意の出力によって、
スピーカ駆動出力段階のエラーを連続的に任意の値を訂
正することが出来る。
【0007】
【発明の実施の形態】図2(a)のスピーカ構造では、
スヒーカコーン紙の端での支えにコーン紙の“くびれ”
が有り、この“くびれ”から発生してくる抵抗力FMF
はスピーカコーン紙のピストン運動(△x)を常に小さ
くするように働く。図2(b)に示す様にスピーカを動
作させる場合、スピーカを駆動するTOTALの力FT
OTALは、ボイスコイル中に発生する逆起電力(FM
V)とスピーカコーン紙の周辺端で発生する反発力(F
MF)によって、正帰還及び負帰還の条件下では異なる
条件として働くことが図2(c)のバネの原理を考慮す
れば容易に理解できる。
【0008】図3にスピーカのボイスコイルに直列につ
ないだ直流抵抗を設置する。この抵抗値は、スピーカの
ボイスコイル(一般には8Ω、6Ω、4Ω)の約1/1
00程度のインピーダンスの低い値を設置しスピーカの
基本動作にトラブルが発生しない値を選ぶ。この抵抗値
の両端に発生する極めて小さい誘導電圧(力)Vxを検
出し、図4(a)及び逆起(b)に示すような正帰還及
び負帰還回路の入力信号として利用する。
【0009】図4(a)は、スピーカボイスコイル内で
発生した誘導逆起電圧△EMVを正帰還する回路モデル
を夫々示す。図4(b)は、逆に負帰還する回路モデル
を夫々示す。誘導逆起電圧△EMVの発生により、正帰
還ではスピーカ部分でEMVが上昇する方向に作動し、
負帰還では、EMVは、引き上げられる状況として働く
ことを意味する。この正帰還及び負帰還をスピーカの移
動するコーン紙の状況で説明すれば、スピーカのドライ
ブするTOTALの力を正帰還ではより助ける方向(コ
ーン紙の移動方向に逆起電力分が加わる方向)、負帰還
では、TOTALの力から差し引かれる方向(コーン紙
の移動方向から差し引かれブレーキがかかる方向)とし
て働くことを夫々意味する。
【0010】以上をまとめ、スピーカのコーン紙を駆動
するTOTALの力FTOTALを以下に記す。 〔正帰還の場合〕 〔負帰還の場合〕 正帰還及び負帰還を行うことでの逆起電力の補正を行っ
た場合、実際のスピーカのコーン紙の動作の状況は下記
の如くとなる。正帰還の場合、逆起電力の力は入力信号
に対して増加させる方向、すなわちよりコーンを押す又
は引く力が加算されるようになるため、定常なフィード
バックがない場合より、コーン紙は動きやすくなる。一
方、負帰還の場合は、この逆になり、コーン紙の動きに
ブレーキがかかった如く動きにくくするような状況下で
コーン紙が動作する。この詳しい状況を図5に夫々示
す。
【0011】図5において理想的な矩形波形の信号がス
ピーカのボイスコイルに附加された場合、帰還回路がな
い場合のスピーカコーンの動きは、入力パルスの時間t
=0より、当然時間Tpだけ遅れる。一方、正帰還の場
合、すでに前述で説明した如く逆起電力による正帰還は
出力信号の立上りを増加さす方向であるので、立上りT
pより早く出力信号は立上がる。したがって、 正帰還ではTpp<<Tp 負帰還では、この状況のまったく逆であり、 Tp<<TpN となり、負帰還によりスピーカコーン紙の動きの立上り
は遅くなる。信号パルスの立上りについても、入力信号
パルスの立上りの条件と全く同様な立上り時間に差が発
生する。この時間関係の状況を図7に夫々示す。
【0012】本発明による正帰還及び負帰還回路を組合
せた連続する変帰還方式による回路を図6に示す。本発
明の回路方式の特徴は信号検出抵抗RXより取り出す誘
導逆起電力の信号を正帰還及び負帰還の夫々の回路に同
時に入力し、その異なる信号を持つ出力信号を再び差動
弁別回路に入れることを特徴とする。正帰還及び負帰還
回路の利得をRN及びRpの抵抗値を変えることで、異
なる出力を次段の差動増幅器の利得もRGAINの抵抗
値を変化させることで連続可変帰還を実現することが出
来る。
【0013】
【実施例】図8(a)及び図8(b)に本発明の具体的
な実施例の詳細な回路図を夫々示す。図8(a)に於て
※1、図8(b)に於て※2。本発明の大きな特徴は、
US特許5031221の負帰還や正帰還、特願平5−
168961で提示された如くDamping Fac
torを回路的な定数に合せる使用条件を使用しないと
ころにある。理想では、正又は負帰還による定数を固定
する場合を求めても、誘導起電力による帰還定数より
も、スピーカの口径や、スピーカコーン紙の重量やスピ
ーカ端域によるコーン紙のネジレによる異なる定数によ
って発生する定数の変化の方が、誘導起電力による発生
定数の方より大きな条件の異なりとなる方が重要とな
る。
【0014】それ故、本発明では、正と負の両帰還回路
を常設し、各異なるスピーカ毎に発生する機械的諸条件
を誘導起電力の補正条件を含めて、任意な利得制御の条
件を設定し、スピーカ毎の諸条件に合致した補正を帰還
回路利得を連続可変によることで、スピーカの総合特性
をベストの条件で稼働させることを最大の特徴とするこ
とを発明した。
【0015】本発明の回路により駆動されるスピーカか
ら出て来る発生音上での大きな特徴を考察してみる。正
帰還では図5に示す如く理想的な出力信号波形に対し、
Ppの点での早い立上りを示す。その時間の遅れは図7
に示す如くTppになる。しかし、その後は数回のオー
バーシューティングを繰返し、定常値に飽和する。一
方、負帰還では帰還の全く無いTpに対し更に立上りは
遅れ、TpNの値でオーバーシューティングは全く無
く、立上りはより遅くなる。スピーカコーン紙の動作
は、逆起電力の発生にプラスして、コーン紙端での機械
的ねじれの反発力及びコーン紙重量を運動させる力に打
ち勝つ力が必要である。この関係を式及びで提示し
た。スピーカコーン紙の動きやすさを自動車のショック
アブソーバのサスペンション力的に表示を行うならば、 ▲正帰還では… サスペンションをやわらかくする方向 ▲負帰還では… サスペンションを硬くする方向 したがって、スピーカから出て来る音は、 ▲正帰還では… ビートのある打楽器などの音楽向き。
パーカッション的なやわらかい聴感が得られる分野の音
楽に適する。 ▲負帰還では… クラシックやオルガン等のこまやかな
要素が多く、静かに重なるクラシック的な音楽に適す
る。 のような場合に適合することが考えられる。
【0016】逆起電力による正帰還はボイスコイルへの
出力信号の立上りを増加する向きに働く。又、負帰還は
正帰還の逆作用として、スピーカコーン紙の動きの立上
りが遅くなるように働く。そして、これらの作用は出力
信号の下がり時にも、前記同様の各条件と同じ様に働
く。これらの条件を作動分別回路によって正負向きに連
続して選択加減にすることによってスピーカの統合特性
に応じてそのベストな条件で可動させることが出来る。
【0017】
【発明の効果】従って、本発明のスピーカに期待できる
聴感上での特徴はすでに申すまでもなく、正帰還でのや
わらかいパーカッショク的な条件から、負帰還でのきめ
の細かいクラシック的な硬い聴感までを回路上の利得を
任意に変えることで、実に幅広い聴感と音質の変化を実
現することが可能となる。特に、正帰還では、帰還がな
い場合より出力信号の立上りは早いため、立上りが早い
周波数の高いスペクトル成分が表現できることが可能で
ある。聴感的には、より多くの信号スペクトルの再生が
可能となり、周波数特性の優れた特性を実現することが
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ダイナミックスピーカの構造図
【図2】スピーカのコーン移動に際する逆起電圧とコー
ンの反発力との関係を示す説明図
【図3】スピーカの動作に関する説明図で(a)は正帰
還方式、(b)は負帰還方式を示す。
【図4】本発明回路の基本構成を示す回路図
【図5】本発明回路により駆動されるスピーカ出力波形
の対応を示す説明図
【図6】本発明回路の回路図
【図7】本発明回路によるスピーカ駆動特性図
【図8】本発明回路の各実施例を示す構成図
【符号の説明】
MV ボイスコイル Rx 直列抵抗 RN 負帰還回路利得可変用抵抗 RP 正帰還回路利得可変用抵抗 RGAIN 差動増幅器利得可変用抵抗 OP オペアンプ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年3月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】
【実施例】図8及び図9に本発明の具体的な実施例の詳
細な回路図を夫々示す。図8に於て※1、図9に於て※
2。本発明の大きな特徴は、US特許5031221の
負帰還や正帰還、特願平5−168961で提示された
如くDamping Factorを回路的な定数に合
せる使用条件を使用しないところにある。理想では、正
又は負帰還による定数を固定する場合を求めても、誘導
起電力による帰還定数よりも、スピーカの口径や、スピ
ーカコーン紙の重量やスピーカ端域によるコーン紙のネ
ジレによる異なる定数によって発生する定数の変化の方
が、誘導起電力による発生定数の方より大きな条件の異
なりとなる方が重要となる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】ダイナミックスピーカの構造図
【図2】スピーカのコーン移動に際する逆起電圧とコー
ンの反発力との関係を示す説明図
【図3】スピーカの動作に関する説明図
【図4】本発明回路の基本構成を示す回路図で(a)は
正帰還方式、(b)は負帰還方式を示す
【図5】本発明回路により駆動されるスピーカ出力波形
の対応を示す説明図
【図6】本発明回路の回路図
【図7】本発明回路によるスピーカの駆動特性図
【図8】本発明回路図の一実施例を示す構成図
【図9】本発明回路図の他実施例を示す構成図
【符号の説明】 MV ボイスコイル Rx 直列抵抗 RN 負帰還回路利得可変用抵抗 RP 正帰還回路利得可変用抵抗 RGAIN 差動増幅器利得可変用抵抗 OP オペアンプ
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【図4】
【図1】
【図5】
【図2】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オーディオスピーカシステムの可動磁気駆
    動システムにおいて、ボイスコイルの逆起電力から発生
    するエラー成分を訂正するため、この逆起電力(圧)を
    正帰還及び負帰還増幅器に同時に誘導し、且つ夫々の正
    又は負の異なる値の出力信号を他の差動分別回路に導
    き、得られたその任意の出力によって、スピーカ駆動出
    力段のエラーを連続的に任意の値に訂正することが出来
    ることを特徴とするオーディオシステムにおけるスピー
    カドライブ回路。
  2. 【請求項2】誘導逆起電力(圧)を正又は負帰還増幅器
    を同時に設置し、正及び負帰還回路の夫々の利得を0か
    ら最大値に夫々変化させることで、負帰還の最大値から
    正帰還の最大値まで任意の値で且つ連続的に変化させる
    ことを特徴とする請求項1に記載のオーディオシステム
    におけるスピーカドライブ回路。
  3. 【請求項3】設置した正帰還又は負帰還の利得をスピー
    カの使用目的に応じ任意に変化させることにより、スピ
    ーカから出る聴感上の音質の変化を正帰還又は負帰還の
    持つ任意の聴感に固定又は連続的に変化させることが出
    来ることを特徴とする請求項1に記載のオーディオシス
    テムにおけるスピーカドライブ回路。
  4. 【請求項4】ダイナミックスピーカの駆動アンプと、該
    スピーカのボイスコイルに直列に接続した抵抗によって
    得られる該コイルの誘導逆起電力を検出する検出回路
    と、該検出回路で検出した信号を正帰還又は負帰還する
    両帰還回路と前記アンプと両帰還回路の間に挿入する両
    帰還回路の信号の差動増幅回路と、前記帰還回路及び差
    同増幅回路に夫々付設した利得可変手段とからなること
    を特徴とするオーディオシステムにおけるスピーカドラ
    イブ回路。
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