JPS601998A - モ−シヨナルフイ−ドバツク型スピ−カ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、例えばディジタルオーディオシステム等に
用いて好適なモーショナルフィードバック（以下ＭＦＢ
と略す）型スピーカに関する。

背景技術とその問題点 一般に゛こルまでのオーディオ信号の記録媒体であるＬ
Ｐレコードやカセットテーノ等では、低音域、特に１０
０　Ｈｚ以下の低い音域の再生が充分にできなかったが
、いわゆるコンパクトディスク等の出現によシ、例えば
１００　Ｈｚ以下の低音域をよむ低域から高域まで平坦
な周波数特性を有し、しかもＳｌＮ比の良好な再生信号
が得られるようになってきた。

このために、このような記録媒体からアング等を通して
再生されて来た電気信号を音響信号に変換するためのス
ピーカ、特に低音用スピーカであるウーハ等については
一段と高性能なものが要求されつつある。ところが、こ
のような低音用として使用されるウーハ等はその振幅が
・１常約１０ｍ＋ｎ以上と大きいために大振幅の信号時
における直線性の劣化や動作帯域内に共振周波数ｆｏを
有するために電気信号と振動板の振動とに誤差を生ずる
等電気−機械−音響変換における精度上の問題があシ、
この結果音圧周波数特性が平坦でなくなシ、また非直線
歪を生じる等の不都合がある。

そこで、この様な音圧周波数特性の平坦化や非直線歪の
低減を図るために、ＭＦＢ方式が従来提案されている。

このＭＦＢ方式はスピーカの振動系のｊ巡動量を検出し
、その検出出力をスピーカの駆動系へ帰還させてスピー
カの振動系の運動を制御するものである。このＭＦ’Ｂ
方式における検出出力の帰還のやシ方としては従来６１
重のものが提案されておシ、例えばその第１１はスピー
カの振動板の速度に比例した電圧をそのまま入力側に帰
還する方法、第２はスピーカの振動板の加速度に比例し
た電圧を帰還する方法、第３は振動板の変位に比例しだ
電圧を帰還する方法等である。

これらの内、特に従来多く用いられているのは、第１の
方法で、これは具体的にはスピーカの駆動コイルに流れ
る電流の逆起電力を検出し、入力側に帰還するものであ
る。この方法の場合、スピーカの振動系の・里動量を検
出するのは容易であるが、しかしその検出出力は空気と
の界面で音波を発生させているスピーカの振動板の動き
に対応した検出出力ではなく、駆動コイルの動きを実質
的に速度変化として検出しているため、コイルで検出し
た信号が必ずしも振動板の動きと対応してないという問
題がある。

そこで良好な音を得るためには、スピーカの振が必要で
あシ、この点から、上述の３つの方法のうち、第３の方
法は最も好ましいものと思われる。

また、ス・ビー力の構造を考えた場合、慣用のスピーカ
の振動系はダンパやエツジ等の支持部材によシ固定側に
対して支持されているのが一般的であシ、第１図もその
一例である。すなわち、第１図において、例えば平面型
の振動板（１）の端部はエツジ（２）を介してフレーム
（３）に固定されると共にその下部にディスコイル（４
）が巻回され、その上部が振動板（１）に連結された？
ビン（５）の中間部がダンパ（６）を介してグレート（
７）側に固定されるようになされている。また、（８）
及び（９）　ｔ’ｉグレート（７）と共に磁気回路を形
成するマグネット及びヨークである。

このように、従来はスピーカの振動系をダンパやエツジ
等の支持部材で支持するのは不可欠と考えられている。

しかし、この支持部材、特にダンノ４によりスピーカの
振動系が共振点を有し、振動系、の動きが制限されて、
例えば低音域の如く大振幅の動作時に非直線性を生じる
とか、或いは高音域で複雑な共振や位相回シを生じる等
の不都合がある。

発明の目的 この発明は斯る点に鑑み、スピーカの振動系の変位を検
出し、この変位情報をスピーカの駆動系に帰還して電気
信号にスピーカの４辰動系の変位を忠実に対応させるこ
とができると共に、スピーカの振動系の支持部材の介在
に伴う上述の如き不都合を解消し得るモーショナルフィ
ードバック型スピーカを提供するものである。

発明の概要 この発明は、スピーカの振動系を、この振動系に与えら
れる駆動力に対する変位特性が基本的に直線性を有する
支持手段で固定部分に支持すると共に、上記振動系の変
位を検出する光位置検出手段を設け、この検出手段の出
力を上記スピーカの駆動系に帰還するようにしたことを
ｑ！ｊ徴とするモーショナルフィードバック型スピーカ
であって、音圧周波数特性の平坦化、非直線歪の低減、
高音域での複雑な共振や位相回り等が解消される。

実施例 以下、この発明の一実施例を、第２図〜第１１図に基づ
いて詳しく説明する。

第２図はこの発明に係るスピーカの振動系の支持手段の
一例を示すもので、同図において、第１図と対応する部
分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

本実施例では、フレーム（力側に軸受け（１０）を設け
ると共に、これに対応して振動板（１）側に軸（１１）
を設け、この軸圓を軸受け（１０）に遊嵌せしめて、振
動板（１）の変位に応じて前後に移動できるように成し
、ディスコイル（４）や磁気回路を形成するマグネット
（８）等を含めて、一種のリニアモータ構造とする。

これによって、振動板（１）は、これに与えられる駆動
力に対する変位特性が茫本的に直線性を成し、共振点を
もたずに素直に振動することになる。なお、軸受け（１
０）と軸αυは、互いに非接触とされるものが好ましく
、このために、軸受け１（１）と軸０υの間に例えば磁
性流体の如き粘性流体を充填するようにしてもよい。

さて、このようにして、スピーカの振動系のダンノやや
エツジ等の支持部材をなくして、リニアモータ構造の支
持手段によシ振動板（１）を駆動することＫよって、そ
の駆動範囲で共振点のない直線性の良好な振動を行わせ
ることができるわけであるが、しかし、斯る構造とした
場合１．ＩＴ１常の駆動法では、振動系がいずれかのス
トツノ９等に衝突しだり、或いは上述の如く加速度や速
度を検出してＭＦＢをかけても振動の中立点が定まらな
いため駆動できない不都合がある。

そこで、この発明では実際に空気を動かすスピーカの振
動系の変位を検出し、この変位情報を駆動系に帰還して
電気信号に患実に対応して振動系を駆動できる方法を用
いる。

第３図は、本実施例で使用されるスピーカの振動系の変
位を検出するだめの光位置検出手段の一例を示すもので
、同図に少いて、平行移動する振動板（１）にミラー（
Ｉ２１が取り付けられる。（１３）はこのベラ−＋ｔ２
１に光線を入射せしめる光源であって、例えば半導体レ
ーデ光源を用いる。この半導体レーザ光源（１３よりの
光線（レーザ光線）はレンズ（１４を介してミラー（１
のに入射せしめられる。Ｎは、この光線のミラー（１２
に対する入射点におゆる法線を示す。

（１５１１ｄミラー（１２）よシの反射光線を振動板（
１）の変位量に応じた受光部上の位置で受光する光検出
器である。この光検出器１１つは、その受光面の長手方
向（ライン方向）が、入射及び反射光線並びに法線Ｎを
含む平面内に位置するように配される。

θはミラー（１カに対する入射光線及び・反射光線の夫
々入射、反射角であって、これらは互いに等しい。

しかして、振動板（１）が破線で示すように平行移動、
即ち法＃ｉ！Ｎ方向にｔだけ変位したとすると、光検出
器０９の受光面に入射するミラー（１２１からの反射光
線の位置はその長手方向（ライン方向）にＸだけ変位す
る。このＸは次式の様に表わされる。

Ｘ’：２／４ｎθ　・・・・・（１） この式においてθを３０°に選ぶと、ｓｌｎθはｉにな
るから、ｘ　＝　１となる。

従って、ミラー（ｌのからの反射光線と光検出器（Ｉ５
）でとらえれば、その受光面の変位に応じた振動板（１
）の位置情報が得られる。

上述した光検出器（ｌωの一例としては例えば第４図に
等価回路を示す如きＰＩＮフォトダイオードを用いた半
導体装置検出器が用いられる。この半導体装置検出器は
入射光線によって生じた光電流が均一な抵抗層を・Ｉｂ
じて２つの出力端子ｔ１　、　ｔ２に流れ、その得られ
だ差動の第１及び第２の位置検出電流の差をめることに
よシ、入射する光線の位置が検出されるものである。第
４図においてｔ３はバイアス電圧の供給される入力端子
である。

又、Ｒ３は抵抗率の一定な表面抵抗であって、この抵抗
Ｒ５に入射する顎の位置に応じて、その位置と各出力端
ｔ１　、　ｔ２間の抵抗値がその長さに比例して決定さ
れ、その抵抗の逆数の比に応じて出力端子ｔ１　、　ｔ
２に得Ｇれる電流が変化する。この出力端子ｔ１　、　
ｔ２に得られる電流が等しくなる点がスピーカの振動系
の中り点に相当する。尚、Ｐは電流源、Ｄは理想的ダイ
オード、Ｃ１は接合容量、Ｒ２Ｈは並列抵抗である。

第５図は上述した光位置検出手段で検出されたスピーカ
の振動板の変位情報をスピーカの駆動系に帰還するサー
ボ系を示すもので、同図において、第３図及び第４図と
対応する部分には同一符号を付して説明する。

上述の如く光検出器＋ｔ５１の出力端子ｔ１　、　ｔ２
に得られた第１及び第２の位置検出出力である各電流は
、夫々電流−電圧変換回路（ｔｅ）及び（１′Ｏに供給
されて電圧信号に変換された後加算回路（１８）及び減
算回路（Ｌｌに供給される。

ここで、光検出器ａ９に入射する光量が変化すると、そ
の検出された位置情報は大きな誤差を含んでしまう。こ
れは、第６図のグラフで明らかになる。即ち、第６図に
、振動板（１）の変位量に対する差出力及び和出力の変
化状態を夫々曲線Ｓｄ　、　Ｓａとして示しである。尚
、曲線Ｓｄ、Ｓａが２重曲線ゝ・であるのは、ヒステリ
シスによるものである。そこで、加算１回路１１１ｊ）
の出力を光量制御回路（２υに供給し、この制御回路（
２０の出力によりレーデ光ｉ’１ｆ１３）を制御して←
七≠光検出ｇＨ５１に入射する光量を一定となし、加算
回路０ａｌの出方が常に一定となるようにして振動板（
１）の変位量、すなわち絶対位置情報を正確に検出でき
るようにする。なお、この振動板（１）の変位量を正確
に検出するのに、上述の如く光量制御回路（２（Ｉｔを
用いることなく、−加算回路αＱ及び減算−回路α１の
出力１創に図示せずも割算回路を設け、減算出力を加算
出力で割算し、この割算出方を用いることにより、精度
の良い振動板（１）の変位量検出出力を得ることもでき
る。

また、減算回路（［９がらの減算出力は比較回路シυの
反転入力端子に供給される。

一方、入力端子［２２１に供給されるオーディオ信号が
音域制限フィルタ（ハ）で１２　ｄＢｌｏｃｔの特性の
信号とされた後基準電圧として比較回路Ｑυの非反転入
力端子に供給される。比較回路ｔ２Ｄはこの基準電圧と
振動板（１）の変位情報に対応した減算回路（１９から
の出力とを比較し、その比較誤差信号がスピーカの位相
補償フィルタ（ハ）及び１駆動回路（２５１を介して駆
動コイル（ディスコイル）　＋２６）に供給される。

この結果、振動板（１）の変位が入力端子（２擾に供給
−ばかかけられる、つまシ、比較回路しυの出力が０と
なるようにサーばかかけられる。

ここで、比較回路シυの非反転入力端子に供給される基
準電圧と振動板（１）の変位の関係を見ると、第７図に
示す様に、サーがかかかつていない状態では破線で示す
様な関係にあるも、サーボがかけられると実線で示す様
に直線的な関係とされる。

すなわち、振動板（１）の変位がオーディオ信号に忠実
に対応するようになり、非直線歪が低減される。

父、ここで振動板（１）の変位と音圧レベルの関係をみ
ると、いま、振動板（１）からの観測点の距離ｒ（ｍ）
の音圧Ｐとすれば、この音圧１）　（、ｆ一般に次式％
式％ 但し、上記（２）式において、ωは角周波数、ρ０は空
気の密度＝　１．２１　ｋｌ／　ｍ”１．Ｓは振動板の
面積（ｍ２）、烏は振動板の変位（振動板の平行移動の
速度をＶｍとするとＸｎ　＝　ｊ　ωＶ＋ｎ　）　、ｋ
は波数２π／λである。

そして、ここで可聴限界をＯｄＢとした音圧Ｐの−ｄＢ
表示としてＳＰＬを使用すると、とれは次の（３）で表
わされるので、 この（３）式において、Ｐ　ｏ　＝　２　Ｘ　１Ｏ−５
Ｎ　（−＋−トｙ）７ｍ２とすると、 ８　Ｐ　Ｌ　＝　２０　ｔｏｇｌ　０　Ｐ　＋９４　−
−−−−　（＋）となる。そしてこの（４）式のＰの代
シに上記（２）式のＰの絶対値゛ＩＰ１を代入すると、
次式が得らルる。

この（５）式よシ音圧レベルＳＰＬは、周波数、振動板
の面積及び振動板の変位の関数であることがわかる。つ
まシ、振動板の変位量と音圧レベルＳＰＬの関係は〈振
動板の変位すなわち振幅が１２　ｄＢｌｏｃｔの特性に
乗るようであれば、音圧レベルを一定にすることができ
る。

そこで振動板（１）に何にもその変位情報を帰還しない
状態の時の、振動板（１）の緒特性を見ると、第８図に
示す様になる。即ち第８図において、Ｇは振動板（１）
の振幅特性、θは振動板（１）の位相特性を表わしてお
シ、この振幅特性Ｇより、振動板（１）は１２ｄＢ１０
ｃｔの特性よシ周波数が低くなるに従って外れているこ
とがわかる。

ところが、上述の如く振動板（１）の変位情報を帰還し
、比較回路（２υの出力が０となるようにサーボをかけ
ると、第９図に示す様に、振動板（１）の振幅特性Ｇは
１２　ｄＢｌｏｃｔの特性に合致するようになる。

従って、この時の音圧レベル特性を見ると、第１０図に
示す様に何にも変位情報が帰還さ食でない状態では、破
線で示す様に周波数特性の低域、特に１００　Ｈｚ以下
では音圧レベルが低下するも、上述の如く変位情報が帰
還されると音圧レベルは低域の周波数まで伸び、よって
音圧周波数！ホ性が平坦となる。

なお、上述の実施例において、振動板（１）の動きが平
行移動よりずれている場合には、第１１図に示すように
、振動板（１）に複数個のミラー（１２ａ）及び（１２
ｂ）を設けると共にこれ等ミラー（１２ａ　）及び（１
２ｂ）に対応して複数個の光検出器（１５ａ）及び（１
５１））を設け、レーデ光源ｔ１３）よりの光線をレン
ズ（１４）及び回折格子（２′？）を介してミラー（１
２ａ）及び（１２ｂ）に入射せしめ、その各反射光線を
夫々光検出器（１５ａ　）及び（１５ｂ）で受光して補
正信号を得るようにしてもよい。

また、入力端子（２りに供給されるオーディオ信号がデ
ィジタル信号の場合、フィルタ１２り及び比較回路（２
Ｉ）としてデイノタル処理可能な回路を用いると共に、
減算回路ｕ葎の出力側にアナログ／ディフタル変換回路
、比較回路（２υの出力側にディフタル／アナログ変換
回路を設けるようにすればよい。

発明の効果 上述の如くこの発明によれば、スピーカの振動系を支持
している部分をリニアモータ構造として従来使用されて
いたダンノややエツジ等の支持部材をなくすると共に、
スピーカの振動系の変位を検出して、その変位情報をス
ピーカの駆動系へ帰還させるようにしたので、大振幅の
動作時における非直線歪が軽減されると共に高音域での
複雑な共振や位相回りが解消さ札、また音圧周波数特性
の平坦化を図ることができ、特に低音用のスピーカ等に
用いて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は慣用のスピーカの一例を示す構造図、第２図は
この発明に係るスピーカの振動系の支持手段の一例を示
す構造図、第３図１はこの発明で使用される振動板の変
位検出手段の一例を示す配置図、第４図は第３図の変位
検出手段の光検出器の等価回路を示す回路図、第５図は
この発明の一実施例を示す°回路構成図、第６図〜第１
０図は第５図の動作説明に供する艷めの４″Ｙ性図、第
１１図はこの発明で使用される振動板の変位検出手段の
他の例を示す配置図である。 （１）は振動板、（４）はｓｐルイスコイル１１０）は
軸受、α１）は軸、（１渇はミラー、（１３は光源、（
１つは光検出器、（１８）は加算回路、（［→は減算回
路、（２０は光゛辰制御回路、０υは比較回路、（２６
）は駆動コイルである。 同　松隈秀盛１％Ｒ 第１図 第３図′ 第２図 口 第４図 第６図 中 第７図 周波敦（Ｈｚ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スピーカの振動系を、該振動系に与えられる駆動力に対
   する変位特性が基本的に直線性−を有する支持手段で固
   定部分に支持すると共に、上記振動系の変位を検出する
   光位置検出手段を設け、該検出手段の出力を上記スぎ一
   力の駆動系に帰還するようにしたことを特徴とするモー
   ショナルフィードバック型スピーカ。