JPH1070788A - モーショナルフィードバック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィードバック信号検出のための部品材料の
検討や、フィードバック回路構成の改良、簡素化による
スピーカーの振動制御の向上を図り、優れた再生音質を
得る。 【解決手段】 スピーカーの逆起電力成分または電流成
分を検出する抵抗に正の温度係数を持つ金属材料を用い
ること、およびフィードバックループ内にイコライザー
手段を含む回路に、スピーカーの速度成分を微分補償し
て負帰還するか、あるいはスピーカーの電流電流成分を
微分補償して正帰還させてスピーカーの振動制御を行
う。また、直流領域を含む低い周波数成分のフィードバ
ック量を相対的に高めることで直流近傍でのスピーカー
の振動制御を安定化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ機器に
おいて、スピーカーの機械的な振動から得られる電気信
号を検出し、当該検出信号をフィードバックすることに
よってスピーカーの振動を制御し、再生音質の向上を図
るモーショナルフィードバック（以下ＭＦＢという）装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スピーカーの振動を制御する手段とし
て、ＭＦＢは原理的な考え方は古くからある技術であ
る。ただその実現には想像以上の困難が伴う。ＭＦＢを
ある程度の量を安定に掛けようとすると１ＫＨｚ以上に
わたり位相特性、振幅特性を精密に補償しないと周波数
特性にうねりが生じてくるからである。この難しさゆえ
に多くのＭＦＢ方式が提案されているものの、今日十分
な普及はされていない。

【０００３】たとえば、機械的に結合された別なボイス
コイルやピエゾ素子によるピックアップで検出する手段
があるが、機械的な共振により位相や振幅が乱れてしま
う。またマイクロフォンで音を拾う方式は空気の伝幡時
間の遅れで位相が、やはり乱れてしまう。このような理
由からまず問題として挙げられるのが、信号検出のセン
サー自体にある。また別の手段としてボイスコイルの逆
起電力をブリッジで検出する方法があるが、このために
はやっかいなインダクタンスと渦電流による高域でのイ
ンピーダンスの変則的な上昇を補償するために少しづつ
時定数をずらした多段の時定数回路で精密にやる必要が
ある。これはスピーカーのインピーダンス上昇のメカニ
ズムを丹念に解析することで得られたものである。この
多段の補償についての基本的な考え方は、本出願人が先
に出願した発明（特開平６−６２４８７号公報）におい
て開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な従
来の補償方法をを基に更なる改良を加えたものである。
今回、更なる改良点として、イコライザーやサブソニッ
クフィルターを一つのフィードバックループ内に入れた
り、パワーアンプそのものにイコライザー機能を持たせ
るといった工夫により回路を練り上げ、いっそう洗練さ
せ、かつ回路の簡素化によって音質劣化の要因を低減さ
せようとするものである。また回路を構成する部品によ
る音質差についても検討を加えたものである。更にこの
様な改良による副次的なメリットとして、装置の信頼度
が上がったりコストが下がったりといった効果を得よう
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
スピーカーの逆起電力成分または電流成分を検出し、こ
の成分をフィードバックしてスピーカの動作を制御する
ＭＦＢ装置において、スピーカーに直列に挿入される検
出用の抵抗の材料に正の温度係数を持つ金属材料を使用
している。スピーカーのボイスコイルは、一般に銅、ア
ルミ、銀といった正の温度係数を持った金属で出来てい
る。そこに電気信号が入ると温度が上昇し抵抗値が上昇
する。特に大音量で鳴らす場合においては温度上昇も著
しく、ＭＦＢを正確に動作させようとすると、このこと
を補償することが好ましい。この場合、スピーカーに直
列に入る抵抗側の温度係数、熱容量、熱時定数をうまく
合わせることで補償ができる。また検出回路がブリッジ
の場合は相対する辺で補償しても良いし負の温度係数の
ものを対応した辺に使用しても良い。原理は単純でも、
温度変化の振る舞いは放熱の状況により変わるので、実
際にやってみて決めるのが好ましい。そこで本発明者
は、多くの試聴テストを行った。今回実験したものは、
酸化金属皮膜抵抗、金属皮膜抵抗、ニッケルクロム系の
巻線抵抗、銅線による巻線抵抗を実験してみたが銅の巻
き線が極めて好ましい結果を得ることができた。そこで
これまでの経験から音質的に好ましい他の金属材料すな
わちアルミ、銀、金、といったオーディオ用として使わ
れている金属材料についても更に確認をおこなった結
果、銅に準じて好ましい結果が得られた。この実験によ
れば温度条件は必ずしも厳密に合わせなくとも銅、アル
ミ、銀といったボイスコイル構成材料と類似の金属で巻
線抵抗にするだけでも音質的に相当の効果が得られるこ
とが判明した。この抵抗材料による音の違いは、温度係
数の要因以外にも聴感上から判別できるそれ以外の後述
する要因も含まれると考えられるが、いずれにしても音
質改善の観点からは、この様な構成とすることが好まし
い。

【０００６】次に本発明の第２の特徴は、フィードバッ
クループ内にイコライザー手段を含む回路において、ス
ピーカーの速度成分を微分補償して負帰還するか、また
はスピーカーの電流成分を微分補償して正帰還して加え
ることにある。本発明者が先に出願した特開平６−６２
４８７号公報に開示された２つの実施例について見る
と、前者すなわちイコライザー回路がフィードバックル
ープ外に配置された回路例の場合はそのままでいつも問
題は出ない。後者のもの、すなわちイコライザー回路が
増幅器のフィードバック回路ループに組み込まれている
ときは、イコライザーの補償量が少ない場合はうまくゆ
くが、これが多くなるとイコライザーの影響を受け正確
な速度ＭＦＢとはならない。このことを補償する意味で
微分的な操作を加えることで、より一層正確な速度ＭＦ
Ｂとするものである。したがってこの部分での微分は、
速度信号を微分して得られる加速度信号をフィードバッ
クする加速度ＭＦＢとは本質的に異なる。また加速度Ｍ
ＦＢによって生じる低域のピークを抑える意味で周波数
選択された速度信号の負帰還や正帰還を併用するもので
もない。あくまでイコライザーの補償量が多い場合のず
れた分を修正し正確な速度ＭＦＢを確保するための微分
補償である。

【０００７】次に負性インピーダンスドライブとブリッ
ジ検出による速度ＭＦＢとの違いについて述べる。この
ことを回路図で説明をすると、図２は、電流正帰還によ
る負性インピーダンスドライブの回路の例である。一方
図３は、ブリッジ検出の速度ＭＦＢを示しているが、違
いは第三のルートすなわち図中の（ＩＩＩ）で示される
経路が存在する点である。なお、１および２はアンプ、
１６は負荷となるスピーカーを示している。図におい
て、第一ないし第三の帰還ルートを、各々（Ｉ）ないし
（ＩＩＩ）で示す。図３の回路の場合には第一のルート
（Ｉ）も第三のルート（ＩＩＩ）も伝達関数が同じなの
で、一つの帰還としてまとめることができる。つまり回
路定数を新たにすることで速度ＭＦＢの回路は図２の負
性インピーダンスドライブの回路と全く同じに省略する
ことが出来る。このことを例にＭＦＢは負性インピーダ
ンスドライブと同じであるとの意見もある。しかし、図
１の具体的な実施例の回路のように、第一のルート
（Ｉ）にイコライザーが入り、第二（ＩＩ）と第三のル
ート（ＩＩＩ）にネットワークと微分補償回路が入りさ
らに第三ルート（ＩＩＩ）にはスピーカーのインピーダ
ンスの上昇を補償する回路が入っているとなると、もは
や負性インピーダンスドライブに置き換えることはきわ
めて困難である。つまりブリッジ検出のＭＦＢだけが第
三のルート（ＩＩＩ）を有効に利用出来る場合がある。
言い替えれば負性インピーダンスドライブはブリッジ検
出の速度ＭＦＢの一部であり、省略したものといえる。

【０００８】次に本発明の第３の特徴は、スピーカーの
速度信号の検出をブリッジ回路またはスピーカに直列に
挿入された抵抗で行う手段を有し、時定数が２段以上の
補償回路を前記の装置に組み合わせたことにある。これ
は先に述べたように、インダクタンスと渦電流による高
域でのインピーダンスの変則的な上昇を補償するために
少しづつ時定数をずらした多段の時定数回路で精密にや
る必要があるからで、実際には周波数特性でうねりの少
なくなる定数を選定してゆくことになる。

【０００９】更に本発明の第４の特徴として、パワーア
ンプそのものにイコライザー機能を持たせることでフィ
ードバックループ内の回路を簡素化して構成させてい
る。従来からのようにパワーアンプの外部にイコライザ
ー回路を別途設置するのに比べて回路を簡素化すること
で音質の劣化を少なくすると共に、信頼性の向上を図る
ことができる。

【００１０】次に本発明の第５の特徴として、直流領域
を含む低い周波数成分のフィードバック量を相対的に高
めることで直流での安定性を向上させたことがある。ま
た、これに関連して、第６の特徴としてその時定数を２
段以上とすることで、サブソニックフィルターの機能を
高めると共に、時定数を構成するコンデンサーに直列に
抵抗を入れることで低域のピークや発振を抑える構成を
組み合わせたものである。

【００１１】これは、ＭＦＢの持つ問題点のひとつとし
てスピーカーのｆ₀ 以下の音響出力の落ち込みをアンプ
で補償する点にある。この補償の考え方自体はこれでい
いのであるが具合の悪い場合も存在する。特にＬＰレコ
ードの場合はレコードの反り、偏芯や、アームの等価質
量とカートリッジのコンプライアンスで生じる共振等の
要因で生ずる数Ｈｚ〜十数Ｈｚといった低い周波数成分
が多く存在している。これがＭＦＢとそのまま組み合わ
されるとスピーカーは大きくゆらゆらと振られてしまい
混変調歪やドップラー効果による歪の発生の原因となっ
てしまう。これを避けるには必要な可聴帯域以下の周波
数のゲインを下げるローカットフィルターは必要不可欠
となる。この意味からすれば必要帯域以下をできるだけ
急激にカットした方が良い。カットの仕方に２つの方法
が有り、１つはオーソドックスにサブソニックフィルタ
ーを通す方法。もう１つはＮＦＢ回路を工夫をして低域
をカットする方法である。どちらの方法でもできるが本
発明は後者を推奨する。理由は、信号経路がシンプルに
なることで音質も向上できるし、ドリフトといったアン
プの安定性も後者は改善出来るという二つのメリットが
存在するからである。この意味からすれば時定数の段数
は多い方が好ましい。しかしながら時定数が２段以上と
なると位相が１８０度に近くなったり越えたりする。こ
のためピークができたり発振したりもする。ＮＦＢ回路
に多段の逆特性を持たせるフィルターは通常は設計しに
くいので使われることのなかった手段である。したがっ
て技術も確立されていない。というのはフィルターとし
てなら他に設計しやすく一般的な回路が多く存在するか
らである。そこで解析をしたところ、このピークや発振
を抑えるようＱダンプ作用を持たせた抵抗を回路内に挿
入することで、目的を達することが出来た。これにより
シンプルで高音質を得、しかもピークや発振を制御して
安定した動作とすることが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は加速度ＭＦＢ、速度ＭＦ
Ｂ、振幅ＭＦＢのうち最も安定な速度ＭＦＢをベースと
している。したがって基本的な考え方はこの方式の共鳴
を制動する作用により低域での立ち上がりや立ち下がり
の時間遅れを最小限に食い止めることにある。この方式
はまた外乱にも強い性質を持っている。共鳴を利用した
ものは効率を上げる反面、音の立ち上がりや、立ち下が
りのエンベロープが理論的にも遅れてしまう。共鳴体の
性質として余韻が付くが、これは共鳴体がエネルギーを
作り出した訳でなく、音の立ち上がり部分のエネルギー
を吸収したものを、遅れて出しているにすぎない。これ
が低域でのいわゆるモタツキの原因となっている。した
がって本装置に組み合わせるキャビネットは共鳴を利用
したバスレフレックス方式ではなく原則としては密閉箱
が望ましい。さらにこの箱の持つ内部の空気のコンプラ
イアンスと振動系の質量とで起きる共鳴をも制動しよう
との考えである。しかしながら、本発明の装置の適用は
完全な密閉構造とする必要はなく、背圧を逃がす穴を設
け、この穴により生ずる共鳴音を抑える意味でダンプ材
を使用したようなものでも良い。と言うのも、小さいめ
の密閉箱の場合は内部の空気がコーン紙の動きを妨げる
ことになり音の自由さを失った窮屈なものとなる場合が
あるからである。このように制動作用には優れてはいる
が、速度ＭＦＢのもつ欠点である低域の下降分をイコラ
イザーで補償するという考えの上で本発明が成り立って
いる。

【００１３】またいわゆるバスレフレックス方式の箱と
ＭＦＢや負性インピーダンスドライブとイコライザーの
組み合わせは、共鳴する周波数付近では効率が上がるた
め比較的に小さい箱であるにもかかわらず低音が十分に
出せるという周波数軸上での大きなメリットが存在す
る。しかしながら時間軸上で見ると低音の時間遅れが生
じるという音楽上の重大な欠陥が存在する。これはオー
ディオエンジニアが習慣として周波数軸上の特性に重点
を置いていて、時間軸上での特性を重視しなかったこと
による。また、一般にオーディオに於いては計測では表
れないが、人の聴感により判別できる音に影響する事柄
が多く存在することが知られている。増幅素子による違
い、コンデンサ、接点材料、導伝材料、絶縁材料などに
よる音の違いが言われている。上述した今回の抵抗材料
による音の違いはその可能性もある。

【００１４】本発明を実施する形態としては、スピーカ
ーを駆動するアンプのフィードバックループ内にイコラ
イザー回路が内蔵されている。これによりあらかじめ低
域を上昇させている。この出力は必要あればネットワー
ク回路を通りスピーカーにつながる。そして、スピーカ
ーの逆起電力を検出するブリッジ回路と、インピーダン
ス補償回路を持ち、このブリッジの対抗する辺にスピー
カーのインピーダンスの補償回路が入っている。この出
力が微分補償された後、別のアンプで構成された差動ア
ンプに入ることで正確な速度成分を検出し、フィードバ
ック信号を得る構成とする。更に、多段のサブソニック
フィルター回路を付加して、不要低域のフィードバック
量を増やす構成とする。このような回路構成は極めてシ
ンプルな回路となるので、音質を劣化させることなくア
ンプの動作を安定に駆動させることができる。これは本
出願人の前出願を基に実験を繰り返し練り上げながら洗
練させたもので、シンプルで多くの条件でも安定で、し
かも高音質が得られる。またネットワークを併用するこ
とでマルチウエイにも応用出来るので多用性にも富むＭ
ＦＢ装置が得られる。

【００１５】

【実施例】本発明のＭＦＢ装置の具体的な実施例の回路
に基づき説明する。図１はこの実施例の回路を示す回路
図である。図において、アンプ１はフィードバックルー
プ内にイコライザー回路３が内蔵されている。これによ
りあらかじめ低域を上昇させている。この出力はネット
ワーク回路４を通って分割され、高域側がツィーター５
に、低域側がウーハー６に供給されている。この部分が
信号検出のブリッジ回路を構成している。ネットワーク
４内にあるインピーダンス補償回路７はネットワークの
動作をより正確にするためのものである。このブリッジ
の対抗する辺にスピーカーのインピーダンスの補償回路
９が入っている。この補償はスピーカー側で行っても良
いが大きな値のコンデンサーが必要となるので、インピ
ーダンスを高くできるこちらの辺で行っている。またウ
ーハー６に直列に挿入された電流検出用抵抗８は、銅線
を巻いた抵抗体で構成している。この出力が微分補償回
路１３で微分補償された後、アンプ２で構成された差動
アンプに入ることで正確な速度成分を検出している。こ
の部分にある二つのコンデンサー１４、１５もやはりイ
ンピーダンス補償の一部１０を構成させている。アンプ
２の＋側の入力にはＱダンプ抵抗１２の入った２段の時
定数回路１１を通って不必要な低い周波数成分を多くフ
ィードバックさせることによりサブソニックフィルター
の機能を持たせている。なおＳＷ１は、サブソニックフ
ィルター回路のオンオフを、またＳＷ２はＭＦＢ自体の
オンオフを使用状況によって任意に選択できるために付
加的に設けたものである。

【００１６】このように構成された本発明による周波数
特性を模式的に表したグラフによって説明する。図４は
この周波数特性を表したグラフで、図中のは元のスピ
ーカーの再生周波数特性。これにのイコライザーを組
み合わせたことによりの特性が得られる。更に速度Ｍ
ＦＢを加えることでの特性となり、元の特性に比べて
ずっと低域まで伸びている。これにサブソニックフィル
ター回路を働かせるとのイコライザー回路の特性は
のカーブとなるので、これに速度ＭＦＢが加わると周波
数特性はのカーブが得られる。は、のカーブに対
して上記したように低域は伸ばしたいが不用意に伸ばす
ことで出る弊害を防止するために有効である。

【００１７】なお、電流正帰還による負性インピーダン
スドライブの実施例を図５で説明する。アンプ１はイコ
ライザー回路３で低域を上昇させている。この出力がス
ピーカー１６をドライブし電流検出用の抵抗８へ、流れ
る。スピーカー１６の高域はインピーダンスが緩やかに
上昇するので、発生する電圧はこれに伴って減少する。
インピーダンス補償回路９によってこの電圧の減少分を
補償している。この際、抵抗１７を一本追加すること
で、インピーダンス補償用回路９のコンデンサを小さい
値とすることができる。この信号を１３のコンデンサで
微分補償したものをフィードバックすることで先の実施
例に似た効果が得られる。またサブソニックフィルター
の効果も図５で示すように、アンプ２の＋側の入力には
Ｑダンプ抵抗１２の入った２段の時定数回路１１を通っ
て不必要な低い周波数成分を多くフィードバックさせる
ことによりサブソニックフィルターの機能を持たせるこ
とができる。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、ＭＦＢ装置
において、最も安定な速度ＭＦＢを回路の基本に用いる
と共に、検出抵抗に特定の材質を選択したり、イコライ
ザーやサブソニックフィルターを一つのフィードバック
ループ内に入れる工夫や、パワーアンプそのものにイコ
ライザー機能を持たせるといった工夫により回路を練り
上げることで、スピーカーの制動を最適なものとし、低
域での立ち上がりや、立ち下がりの時間遅れを最小限に
食い止め、優れた再生音質を得ることができる。しかも
回路の簡素化によって音質劣化の要因を低減させること
ができると共に、装置の信頼度の向上やコストが下がる
という副次的な効果も併せて得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】電流正帰還による負性インピーダンスドライブ
の回路を説明する回路図である。

【図３】ブリッジ検出の速度ＭＦＢ信号生成の回路を説
明する回路図である。

【図４】再生される周波数特性を示すグラフである。

【図５】電流正帰還による負性インピーダンスドライブ
の実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１、２ アンプ ３ イコライザー回路 ４ ネットワーク回路 ５ トゥイーター ６ ウーハー ７、９、１０ インピーダンス補償回路 ８ 検出抵抗 １１ サブソニックフィルター回路 １２ Ｑダンプ抵抗 １３ 微分補償回路 １４、１５ コンデンサ １６ スピーカー １７ 抵抗

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピーカーの逆起電力成分または電流成
   分を検出し、この成分をフィードバックしてスピーカの
   動作を制御するモーショナルフィードバック装置におい
   て、スピーカーに直列に挿入される検出用抵抗の材料に
   正の温度係数を持つ金属材料を使用したことを特徴とす
   るモーショナルフィードバック装置。
2. 【請求項２】 フィードバックループ内にイコライザー
   手段を含むモーショナルフィードバック装置において、
   スピーカーの速度成分を微分補償して負帰還するか、ま
   たはスピーカーの電流成分を微分補償して正帰還して加
   えることを特徴とするモーショナルフィードバック装
   置。
3. 【請求項３】 スピーカーの速度信号の検出をブリッジ
   回路またはスピーカに直列に挿入された抵抗で行う手段
   を有し、時定数が２段以上の補償回路を有することを特
   徴とする請求項１または２に記載のモーショナルフィー
   ドバック装置。
4. 【請求項４】 パワーアンプの回路自体にイコライザー
   機能を持たせたことを特徴とする請求項１ないし３に記
   載のモーショナルフィードバック装置。
5. 【請求項５】 直流領域を含む低い周波数成分のフィー
   ドバック量を相対的に高めることで直流での安定性を向
   上させたことを特徴とする請求項１ないし４に記載のモ
   ーショナルフィードバック装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の装置において、その時
   定数を２段以上とし、時定数回路を構成するコンデンサ
   ーに直列に低域のピークや発振を抑えるための抵抗を挿
   入したことを特徴とするモーショナルフィードバック装
   置。