JPH10276492A - Ｍｆｂスピーカシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非線形要素によるボイスコイルの中心位置の
ずれを補正することができ、負帰還増幅手段が発振する
ことがないＭＦＢスピーカシステムを提供する。 【解決手段】 ボイスコイル1aを備えたスピーカ1 、ボ
イスコイル1aの変位を検出する変位検出センサ2 、変位
検出センサ2 の出力が入力される第１の平均値フィルタ
7 、入力端子INからの音声信号が入力されるデジタルフ
ィルタ4 、デジタルフィルタ4 の出力が入力される第２
の平均値フィルタ8 、第１の平均値フィルタ7 の出力が
非反転入力され、第２の平均値フィルタ8 の出力が反転
入力される誤差増幅器3 、デジタルフィルタ4 と共に入
力端子INからの音声信号が入力される遅延手段6 、遅延
手段4 の出力を＋入力、誤差増幅器3 の出力を−入力と
し、この差分を増幅してスピーカ1 に伝達する負帰還増
幅器5 から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイスコイルの変
位を検出してフィードバック処理を行うＭＦＢスピーカ
システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイスコイルの変位を検出してフィード
バック処理を行うＭＦＢスピーカシステムにおいて、非
線形歪を減少させるものとしては、例えば、図６に示す
ようなシステムが考えられている。

【０００３】このＭＦＢスピーカシステムでは、スピー
カ1 のボイスコイル1a、若しくは振動板（図示せず）
に、ボイスコイル変位検出用の変位検出センサ2 が取り
付けられ、この変位検出センサ2 からの出力と、音声信
号が供給されるデジタルフィルタ14からの出力とが誤差
増幅器3 に入力される。ここで、デジタルフィルタ14
は、Ａ／Ｄ変換部14a 、フィルタ部14b 、Ｄ／Ａ変換部
14c が、記載の順に接続されて構成されており、フィル
タ部14b は、後述する負帰還増幅器5 から、スピーカ1
、変位検出センサ2 までの線形応答と同等の線形応答
をもつフィルタ特性を有している。すなわち、デジタル
フィルタ14からの出力信号は、入力端子INからの任意の
音声信号に対する理想のスピーカの応答であり、誤差増
幅器3 ではこれと実際のスピーカの応答とが誤差増幅さ
れる。このため、誤差増幅器3 からの出力は、実際のス
ピーカ再生時の非線形歪成分となる。入力端子INからの
音声信号は、デジタルフィルタ14に入力されると共に、
遅延手段6 にも入力される。遅延手段6 は、Ａ／Ｄ変換
部6a、遅延処理部6b、Ｄ／Ａ変換部6cが、記載の順に接
続されて構成されており、遅延処理部6bは、デジタルフ
ィルタ14による処理時間にほぼ相当する時間遅延を施す
ものである。このように遅延された音声信号と前記誤差
増幅器3 の出力とは負帰還増幅器5 に入力される。負帰
還増幅器5 は、遅延された音声信号から誤差増幅器3 の
出力信号（実際のスピーカ再生時の非線形歪成分）を減
算処理し、所定の増幅を行って、スピーカ1 に再生信号
として供給する。このようなＭＦＢスピーカシステムで
は、負帰還増幅器5 、スピーカ1 及び変位検出センサ2
の応答をデジタルフィルタ14の任意の線形出力（理想の
スピーカの線形出力）と同じにするように動作制御する
ため、スピーカの非線形歪を低減し、任意の線形特性を
得ることができる。

【０００４】尚、デジタルフィルタ14の特性は、例え
ば、図７に示す方法で決定する。

【０００５】すなわち、入力端IN0 に、上記負帰還増幅
器5 の増幅部5aから、スピーカ1 、変位検出センサ2 ま
での系と、デジタルフィルタF をそれぞれ接続し、これ
らの出力の差を求め、この差分を適応アルゴリズムALに
供給する。適応アルゴリズムALは、入力端IN0 からの信
号も参照信号として与えられ、前記差分信号と参照信号
とにより、デジタルフィルタF を適応制御する。この入
力端IN0 には、ホワイトノイズが供給され、適応アルゴ
リズムALの適応制御によって、デジタルフィルタF の特
性は、上記の系と同等の線形応答をもつように決定され
る。

【０００６】このＭＦＢスピーカシステムで、デジタル
フィルタを用いているのは、デジタルフィルタがアナロ
グフィルタに比べ、調整が簡単であること、直線位相性
に優れること、容易に遅延が可能であること等による。

【０００７】また、このようなデジタルフィルタを用い
たＭＦＢスピーカシステムにおいて、スピーカの経時変
化（特に、エッジ、ダンパといったボイスコイル、振動
板の支持系の経時変化）による負帰還増幅器の負担を考
慮したものとして、図８に示すものも考えられている。

【０００８】すなわち、図８に示すＭＦＢスピーカシス
テムにおいて、デジタルフィルタ15の出力、変位検出セ
ンサ2 の出力を、それぞれ誤差増幅器3 への入力用とは
別に、デジタルデータで取り出し、デジタルフィルタ15
出力から変位検出センサ2 出力を減算した信号を、入力
端子INからの参照信号と共に、適応アルゴリズム15bに
供給して、この適応アルゴリズム15b によりフィルタ特
性を適応制御させるものである。このフィルタ15は適応
フィルタと呼ばれているもので、その適応制御は、誤差
増幅器3 と負帰還増幅器5 との間に接続されたスイッチ
10と、適応アルゴリズム15b とフィルタ部15a との間に
形成されたスイッチ部15c とのＯＮ／ＯＦＦよって行わ
れる。つまり、このＭＦＢスピーカシステムの通常の再
生時は、スイッチ10をＯＮ、スイッチ部15c をＯＦＦと
することによって、図６のものと同じ状態で再生し、時
折、スイッチ10をＯＦＦ、スイッチ部15c をＯＮとする
ことで適応制御させるのである。このＯＮ／ＯＦＦは人
為的に行われる、若しくは別途のプログラムによって一
定期間おきに行われたりする。尚、図８において、16は
Ａ／Ｄ変換器である。また、この図８に示すシステムで
は、遅延手段6 と適応フィルタ15とのＡ／Ｄ変換部6aを
兼用し、適応フィルタ15のＤ／Ａ変換部15d入力前の信
号を適応アルゴリズム15b に供給することにより、これ
らの変換器が効率的に使用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようなＭＦＢスピ
ーカシステムでは、変位検出センサの出力とデジタルフ
ィルタの出力との交流成分を比較（誤差増幅）して制御
を行っているのであるが、スピーカの非線形要素がなく
なるわけではなく、スピーカを継続的に使用している
と、この非線形要素の影響で、ボイスコイルの振動変位
の中心が当初の設計位置に対して大きく前後にずれてし
まうことがある。この時、従来のＭＦＢスピーカシステ
ムでは、これを補正できず、設計からずれた位置を中心
に再生し続けてしまい、ボイスコイルの沈み込みによっ
て振動板が底当りしたり、ボイスコイルがポールに乗り
上げたりして、異音を発生してしまうことがあった。

【００１０】そこで本発明は、上記従来例に付する欠点
を解消し、フィルタ手段、変位検出手段の後段に平均値
フィルタを挿入することにより、非線形要素によるボイ
スコイルの中心位置のずれを補正することができるＭＦ
Ｂスピーカシステムを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るＭＦＢスピーカシステムは、ボイスコイ
ルを備えたスピーカ、ボイスコイルの変位を検出する変
位検出手段、音声信号が供給されるフィルタ手段、変位
検出手段の出力とフィルタ手段の出力とを誤差増幅する
誤差増幅手段、音声信号と前記誤差増幅手段の出力信号
とを負帰還増幅してスピーカに供給する負帰還増幅手段
を備え、前記フィルタ手段が、負帰還増幅手段から変位
検出手段までの線形応答と同様の線形応答を有するよう
構成されたＭＦＢスピーカシステムにおいて、変位検出
手段、フィルタ手段の後段に、それぞれの出力を平均す
る第１、第２の平均値フィルタを挿入したことを特徴と
する。

【００１２】平均値フィルタは、入力値の過去のある時
間にさかのぼった範囲における平均値を出力するフィル
タである。

【００１３】すなわち、デジタルでは、例えば、過去の
ｉ＋１のサンプル値をそれぞれ１／（ｉ＋１）を乗じて
加算するＦＩＲフィルタとし、アナログでは、遮断周波
数が極めて低いローパスフィルタとすることで、平均値
フィルタが得られる。

【００１４】そして、変位検出センサの出力の平均値は
実際のスピーカにおけるボイスコイル振動変位の中心位
置を示す直流成分であり、デジタルフィルタの出力の平
均値は、理想的なボイスコイル振動変位の中心位置、す
なわち設計時の中心位置を示す直流成分であるため、こ
れを誤差増幅して負帰還増幅手段に入力することで、こ
の直流成分差を補正する、つまりボイスコイル変位の中
心位置を設計時の位置に戻すように動作する。

【００１５】従って、常に理想的なボイスコイル振動中
心をもつスピーカとすることができ、その非線形歪も低
減される。

【００１６】また、このような直流差を利用した負帰還
制御は、徐々に補正が行われるので、急激な修正による
異音等、聴感上の変化を生じさせずに、調整することが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１〜図５により、本発明の実施
例を詳述する。

【００１８】図１は実施例１のＭＦＢスピーカシステム
を説明する図、図２は平均値フィルタを説明する図、図
３はボイスコイル振動変位を説明する図、図４は実施例
２のＭＦＢスピーカシステムを説明する図、図５は実施
例３のＭＦＢスピーカシステムを説明する図である。

【００１９】図１により、実施例１のＭＦＢスピーカシ
ステムを説明する。

【００２０】このＭＦＢスピーカシステムは、ボイスコ
イル1aを備えたスピーカ1 、ボイスコイル1aの変位を検
出する変位検出センサ2 、変位検出センサ2 の出力が入
力される第１の平均値フィルタ7 、入力端子INからの音
声信号が入力されるデジタルフィルタ4 、デジタルフィ
ルタ4 の出力が入力される第２の平均値フィルタ8 、第
１の平均値フィルタ7 の出力が非反転入力され、第２の
平均値フィルタ8 の出力が反転入力される誤差増幅器3
、デジタルフィルタ4 と共に入力端子INからの音声信
号が入力される遅延手段6 、遅延手段6 の出力を＋入
力、誤差増幅器3 の出力を−入力とし、この差分を増幅
してスピーカ1 に伝達する負帰還増幅器5 から構成され
る。

【００２１】変位検出センサ2 は、静電型センサが用い
られ、ボイスコイル1aに取り付けられている。このセン
サの代わりに加速度センサ、速度センサを用い、これら
から変位を求めてもよく、また、振動板に取り付けて、
この変位をボイスコイルの変位として検出してもよい。

【００２２】デジタルフィルタ4 は、Ａ／Ｄ変換部4aと
フィルタ部4bとによって構成され、そのフィルタ部4bに
設定された特性は、従来例と同じく、負帰還増幅器5 か
ら、スピーカ1 、変位検出センサ2 までの線形応答と同
等の線形応答を有しており、前述した図７の方法で設定
されている。

【００２３】遅延手段6 は、Ａ／Ｄ変換部6a、遅延処理
部6b、Ｄ／Ａ変換部6cから構成され、誤差増幅器3 にお
ける両入力信号の時間差をなくすよう、任意時間の遅延
を施すものである。

【００２４】第１の平均値フィルタ7 は、Ａ／Ｄ変換部
7a、フィルタ部7b、Ｄ／Ａ変換部7cから構成され、第２
の平均値フィルタ8 は、フィルタ部8a、Ｄ／Ａ変換部8b
から構成される。第１、第２の平均値フィルタ7 、8 の
フィルタ部7b、8aは、同一構成であり、そのブロック図
を図２に示す。

【００２５】図２に示す平均値フィルタは、ｉ個の遅延
素子A1,A2,A3・・・Ai、ｉ＋１個の乗算器B 及び加算器
C により構成され、各遅延素子A1,A2,A3・・・Aiの前段
の入力は、それぞれ乗算器B により、１／（ｉ＋１）倍
され、これらの出力が加算されて、出力される。

【００２６】このような実施例１のＭＦＢスピーカシス
テムは、従来例のＭＦＢスピーカシステムにおいて、デ
ジタルフィルタ、変位検出センサの後段に、それぞれ第
１、第２の平均値フィルタを挿入したものであり、これ
ら第１、第２の平均値フィルタ以外の各構成の動作は、
従来のものと同様である。

【００２７】このため、平均値フィルタの動作を中心に
実施例１のＭＦＢスピーカシステムの動作を説明する。

【００２８】変位特性を平均値フィルタに入力すると、
その出力は振動系の平均位置、つまり振動の変位の中心
位置を示す。ここで、実際のスピーカでは偶数時の歪成
分が存在すると、ボイスコイルの変位の中心位置はその
影響で前後にずれるため、変位検出センサで検出された
信号を平均値フィルタに入力すると、その出力はずれた
振動の中心位置を出力することになる。これに対し、デ
ジタルフィルタの出力は線形応答であるため歪成分が存
在せず、例えば信号が純音のときには平均値フィルタを
通した後の変位出力は零になる。これを、図３により、
具体的に説明する。

【００２９】図３において、横軸は時間、縦軸は変位で
あり、実線がデジタルフィルタの出力又は理想的に動作
している実際のスピーカの出力、一点鎖線がボイスコイ
ル中心位置がずれて動作している実際のスピーカの出力
である。

【００３０】図に示すように、スピーカが理想的に動作
している場合は、設計時のボイスコイル中心位置０を中
心に＋ｈ〜−ｈの範囲で対称的な変位特性となるのであ
るが、歪成分の影響で、振動変位の中心が例えば＋ｈ´
位置にずれることがあり、この場合、その後この位置を
中心とした変位特性で動作することになり、ボイスコイ
ルの飛び出しが生じてしまう。実施例１のスピーカシス
テムでは、デジタルフィルタの平均値フィルタを通した
出力が０、変位検出センサの平均値フィルタを通した出
力が＋ｈを示す直流信号であるため、これを誤差増幅し
て負帰還制御することにより、振動変位の中心を正規の
位置に戻すことができ、ボイスコイルの飛び出し、沈み
込みがなくなり、歪も低減される。

【００３１】また、平均値フィルタはローパスフィルタ
としても働くため、誤差増幅器の入力は、平均値フィル
タから出力される低域周波数の信号のみとなり、音声信
号と帰還信号との位相が多少ずれた場合でも発振するこ
とがない。

【００３２】実施例２のＭＦＢスピーカシステムを図４
に示す。

【００３３】この実施例では、実施例１のＭＦＢスピー
カシステムにおいて、従来例と同様に、デジタルフィル
タ4 を適応フィルタ9 としたものである。

【００３４】適応フィルタ9 は、Ａ／Ｄ変換部6a、フィ
ルタ部9a、適応アルゴリズム9b、スイッチ部9cとから構
成され、Ａ／Ｄ変換部6aは遅延手段6 のものと兼用され
ている。Ａ／Ｄ変換部6aの出力は、フィルタ部9aと適応
アルゴリズム9bとに供給される。フィルタ部9aの出力
は、第２の平均値フィルタ8 に出力されると共に、適応
アルゴリズム9b前段に＋入力として供給される。また、
この前段の−入力としては、変位検出センサ2 の出力が
デジタルで供給される。適応アルゴリズム9bは、スイッ
チ部9cを介してフィルタ部9aを適応制御する。

【００３５】第１の平均値フィルタ7 のＡ／Ｄ変換部7a
は、フィルタ部7bへの入力用と、前記した適応アルゴリ
ズム9b入力用とに兼用されている。

【００３６】誤差増幅器3 と負帰還増幅器5 との間には
スイッチ10が挿入され、従来例で説明した通り、このシ
ステムの通常再生時は、スイッチ10をＯＮ、スイッチ部
9cをＯＦＦとし、適応制御時は、スイッチ10をＯＦＦ、
スイッチ部9cをＯＮとされるのである。

【００３７】この実施例２のＭＦＢスピーカシステムの
平均値フィルタに関する動作は実施例１と同様であり、
その他の構成の動作は従来例のものと同様である。

【００３８】上記各実施例のＭＦＢスピーカシステムで
は、デジタルのフィルタを用いて構成したが、例えば、
図５に示す実施例３のように、これをアナログフィルタ
11を用いて構成することもできる。このとき、第１、第
２の平均値フィルタを上記各実施例のようにデジタルと
してもよいが、アナログの平均値フィルタ12、13で構成
してもよい。アナログでは、遮断周波数が非常に低い、
例えば０．１Ｈｚのローパスフィルタを用いれば平均値
フィルタとすることができる。

【００３９】以上、本発明に係るＭＦＢスピーカシステ
ムについて代表的と思われる実施例を基に詳述したが、
本発明による実施態様は、上記実施例の構造に限定され
るものではなく、前記した特許請求の範囲に記載の構成
要件を具備し、本発明にいう作用を呈し、以下に述べる
効果を有する限りにおいて、適宜改変して実施しうるも
のである。

【００４０】

【発明の効果】本発明のＭＦＢスピーカシステムでは、
変位検出手段、フィルタ手段の後段に、それぞれの出力
を平均する第１、第２の平均値フィルタを挿入したこと
により、ボイスコイルの飛び出し、沈み込みが補正さ
れ、常に理想的なボイスコイル振動中心をもつスピーカ
とすることができ、その非線形歪も低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図２】平均値フィルタを説明する図。

【図３】ボイスコイル振動変位を説明する図。

【図４】実施例２のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図５】実施例３のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図６】従来例のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図７】従来例のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【符号の説明】

1 スピーカ 2 変位検出センサ 3 誤差増幅器 4 デジタルフィルタ 5 帰還増幅器 6 遅延手段 7 第１の平均値フィルタ 8 第２の平均値フィルタ 9 適応フィルタ 10 スイッチ 11 アナログフィルタ 12 第１のアナログ平均値フィルタ 13 第２のアナログ平均値フィルタ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年５月２２日

【手続補正１】

【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】実施例１のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図２】平均値フィルタを説明する図。

【図３】ボイスコイル振動変位を説明する図。

【図４】実施例２のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図５】実施例３のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図６】従来例のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図７】従来例のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【図８】従来例のＭＦＢスピーカシステムを説明する
図。

【符号の説明】 1 スピーカ 2 変位検出センサ 3 誤差増幅器 4 デジタルフィルタ 5 帰還増幅器 6 遅延手段 7 第１の平均値フィルタ 8 第２の平均値フィルタ 9 適応フィルタ 10 スイッチ 11 アナログフィルタ 12 第１のアナログ平均値フィルタ 13 第２のアナログ平均値フィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイスコイルを備えたスピーカ、ボイス
   コイルの変位を検出する変位検出手段、音声信号が供給
   されるフィルタ手段、変位検出手段の出力とフィルタ手
   段の出力とを誤差増幅する誤差増幅手段、音声信号と前
   記誤差増幅手段の出力信号とを負帰還増幅してスピーカ
   に供給する負帰還増幅手段を備え、前記フィルタ手段
   が、負帰還増幅手段から変位検出手段までの線形応答と
   同様の線形応答を有するよう構成されたＭＦＢスピーカ
   システムにおいて、 変位検出手段、フィルタ手段の後段に、それぞれの出力
   を平均する第１、第２の平均値フィルタを挿入したこと
   を特徴とするＭＦＢスピーカシステム。