JPS6024634B2

JPS6024634B2 - スピ−カシステム

Info

Publication number: JPS6024634B2
Application number: JP52150800A
Authority: JP
Inventors: 賢一高橋; 立夫福山; 孝文上野; 康臣島田; 伸一郎石井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1985-06-13
Also published as: JPS5489618A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は動…旅電型のスピーカシステムに関し、駆動部
における力係数（ｆｏ比ｅｔａｃｔｏｒ）．すなわち磁
束密度Ｂとボイスコイルの長さＺの積で表わされるいわ
ゆる「Ｂ〆積」を一定にするように制御することにより
、電気機械変換器としての直線性を改善し、歪の少ない
スピーカシステムを実現するようにしたものである。

一般にスピーカシステムにおける歪は、低域においては
エッジやダンパー等の機械系の非直線性に起因して生じ
るが、高域においては磁気歪や電流歪に起因して生じる
ことが知られている。

後者の歪、すなわち磁気歪や電流歪に起因する歪を低減
するために、従来より種々の提案がなされてきた。その
主なものとして次のようなものがある。（ｉ）センター
ボール、プレートで形成されるギャップ近傍の材料に、
例えばラミネートコアのようなヒステリシスの４・さな
ものを用いる。これによって、ボイスコイルインピーダ
ンスの非道線性が改善され、電流歪が減少する。（ｉｉ
）鋼キャップをセンターボールにかぶせることによりボ
イスコイルの作る磁束を打消す。

Ｏｉｌ）アルミリング等を磁気回路の中に置き、ボイ
スコイルの作る磁束を打消す。

しかしながら、これら従来例における歪低減方法は、材
料の導電率、ヒステリシスの大４、などによって制限さ
れてしまうような、いわば受動的な対策であるため、歪
低減の思いのままに行なうことが出来ないと言った欠点
を持っている。

本発明は前記従来例の持っている欠点を改善するもので
あり、能動的な電気制御により勤亀型スピーカ駆動部の
歪を低減するようにしたものである。

以下本発明を図面とともに説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものであり、１はセン
ターボール、２はマグネット、３はプレート、４はセン
ターボール１とプレート３の間のギャップ中に挿入され
たボイスコイルボビン、５はボビン４に巻かれたボイス
コイル、６は上側磁束検出コイル、７は下側磁束検出コ
イル、８は積分特性をもった増幅器、９は帰還コイルで
ある。

まず、第１図の実施例の動作を定性的に説明する。いま
、ボイスコイル５に電流１が流れると、ボイスコイル５
はセンターボール１とプレート３の間を軸万向、すなわ
ち第１図上下方向に駆動され、これに応じてボイスコイ
ルボビン４に結合された振動板（図示せず）が駆動され
る。このとき、上側および下側磁束検出コイル６，７は
それぞれぞれボイスコイル５の上端および下端をよぎる
磁束を検出し、その出力電圧または出力電流はそれぞれ
増幅器８の正負の入力端子に供給される。そして増幅器
８では上記入力電圧または入力電流の差が増幅され、そ
の出力が帰還コイル９に印加される。ここで、増幅器８
のゲインが充分高いと、上側およ下側磁束検出コイル６
，７の出力電圧または出力電流の差が零になるような電
流が増幅器８から帰還コイル９に流れ、その結果として
、ボイスコイル５を横切る総磁束が一定となるような制
御が働く。そしてボイスコイル５に働く力ｆは電流磁気
相互作用を表わす式に従ってｆコＢそ１ここでＢはボイ
スコイル５を横切る磁束の平均密度、そはボイスコイル
５の長さ、１はボイスコイル５を流れる電流となる。

前記制御によって磁束の平均密度Ｂは一定となっている
から、力ｆ‘ま電流１に正確に比例することになる。以
上が定性的動作の概略であるが、次に第２図、第３図に
従って厳密な動作を説明する。

第２図は第１図の実施例におけるボイスコイル５と上側
および下側磁束検出コイル６，７だけを抜き出し、これ
らを立体的に表わしたものである。第２図においてｄｓ
はボイスコイル５が巻かれている両Ｓの面積素片、１は
ボイスコイル５に流れる電流で第２図中矢印方向を正万
向とする。「Ｃｏｉｌｉ」はｉターン目のボイスコイル
、ベクトルＪは電流密度であり、ボイスコイル５の断面
に一様に分布するものとする。ｄｌｉは「Ｃｏｉｌｉ
」の線素ベクトル、船，は上端面Ｓ，の面積素片ベクト
ル船２は下端面Ｓ２の面積黍片ベクトル、Ｓはボイスコ
イル５が巻かれている面Ｓの単位法線ベクトル、市はボ
イスコイル５の鼠方向単位ベクトル、ｋ‘よボイスコイ
ル巻線の接線単位ベクトルであり、電流１の流れる向き
を正万向に取る。

さらに、６，７はボイスコイル５の上端および下端に巻
かれた上側および下側磁束検出コイルであり、矢印ｇの
方向に同じ回教巻かれているとする。こうすることによ
り、一般性が失われることはない。また、上側および下
側磁束検出コイル６，７の電圧ｅおよびｅ′は６ｂおよ
び７ｂを基準に測った６ａおよび７ａの電圧である。さ
らに、彰ま磁束密度である。また、第３図はボイスコイ
ル５の断面を示す。

ｈはボイスコイル５の巻線の高さ、ｄは中である。なお
、断面を矩形にすることにより議論の一般性が失われる
ことはない。さて、ボイスコイル５に働く力、ベクトル
Ｆは、電流密度Ｊと、電流が流れている所の磁束密度Ｂ
の積を体積積分するという一般的形で表わすことができ
、３＝ノ了Ｘ官ｄＶ・‐‐‐・・・・・・・・‐・‐
・・‐・・・【１１となる。

そして、電流がコイル断面を一様に流れているとしたか
ら、体積積分はボイスコイル巻線が占める空間だけとな
る。このため、体積要素ｄＶは、ｄｖ＝ｈ・船
・・・・・・・…・・・・・・・・・・・・・・・・・
【２’となって、‘１１式は、Ｆニｈノ（ＪＸＢ）船
……………‘３’となる。

ここで電流密度Ｊの方向はベクトルｋと同じであるから
、【３｝式は、Ｆ＝ｈｌノｋ×Ｂ船 ……………
…【４’ただし、Ｊ：ー了ーとなる。

ところで、第１図で説明したような制御、すなわち上側
および下側磁束検出コイル６と７の起電力ｅおよびｅ′
の差が零になるような制御を数式的に表わすには、次の
ようにすればよい。まず起電力ｅおよびｅ′はファラデ
ーの法則からここで第■式に負号が付いているのはＳ，
とＳ２の方向の取り方が違うためである。となる。

第１図で説明した制御はｃとｅ′の差が零となるような
ものであるから、■式から次のようになる。崇〔ノＢ‐
船・十ノＢ●ｄを〕＝。

……【６’ところで、磁束密度Ｂには湧き口がないから
、閉曲面でＢを面積分すると恒等的に零となるが、この
性質を使えば、ｓ，，ｓ２そしてＳが作る一つの閉曲面
における磁束密度Ｂの面積分は次のように表わされる。
′Ｂ・（ｄｓ，十船２十ｄｓ）ニ０ ………‘７ーた
だし志：ざｄｓそして‘７｝式を■式に代入して、きノ官‐薄＝。

……………｛８１が得られ、積分を実行すれば、ノＢ・船＝◇。

……………………【９）となる。｛９１式は第１
図で説明した制御を数式的に表現した結果であり、これ
はボイスコイル５が巻かれている面Ｓを機切る磁束総数
が一定となることを示している。さて、この時、ボイス
コイル５に働く力がどうなっているかを調べてみると、
次のようになる。

まず、単位ベクトルｓはｎ，ｋの取り方から、ぎ＝支ｘ
行 …肌肌…肌…肌…胤とな。

この関係を使って‘９ー式を変形すると、まず、一
一一ノＢ・船＝ノＢ・ＳｄＳ＝ノＢ．
（支Ｘ市）船となるが、最後の項はさらに変形でき結局
、Ｊｏ＝−ノ（ｋｘＢ）．市ｄｓ …（１１）が得
られる。

一方、【４ー式に示したようにボイスコイル５の働く力
Ｆは、Ｆ！ｈｌノ（支ｘ８）船であるので（１１）式に‘４ー式を代入して；．市＝‐
ｈＪｏ。

．．・．．・・・・・・・・・・・・・（１２）が
得られる。ここで０ｏは｛９｝式で定義されるボイスコ
イル５が巻かれている面Ｓを横切る総磁ィスコィル５が
巻かれている面の平均磁束密度氏を導入すれば、？〇＝
ＢＳ …………・・・…・・・…（１３）ここ
でＳはボイスコイル５が巻かれている面の面積であり、
Ｓ＝ｌｄ ………………………（ＩＱである。

ここで１はボイスコイルの総長である。さらに、電流密
度Ｊと電流１の間には１：ｍｄ …………・・・…
……・・・…（１９の関係がある。

ここで（１３），（１４），（１５）式を（１２）式に
代入すると、Ｆ・ｎ＝−恥・夕・１ …………（１
母が得られる。

（１６）式は第１図で説明した制御を施した結果として
、ボイスコイル５の鞠方向ｎに動く力Ｆ・ｎがボイスコ
イル５に流れる電流１に正確に比例することを示すもの
で、本発明が歪低減に有効であることを証明する式であ
る。

言うまでもなく、（１６）式におけるＢｏ，１はその定
義から定数であることは明かである。以上、第２図、第
３図の説明から明らかなように、上側および下側磁束検
出コイル６，７の差電圧が零になるような制御を行なう
ことによって、ボイスコイル５に発生する力がボイスコ
イル電流１に正確に比例するようにできる。

さて、第１図において説明した磁束検出コイル６，７の
電圧もしくは電流の差を零にするような制御を実施する
方法であるが、第１図における増幅器８，帰還コイル９
そして上側、下側磁束検出コイル６，７からなるループ
利得は特別のものではなく、一般には「最４・位相推移
回路になるから負帰還技術を用いることにより充分に帰
還制御することができる。

また、上側、下側磁束検出コイル６，７の電圧の差が零
となるような制御とこれらの検出コイル６，７の電流の
差が零となるような制御とは本質的に同じであり、増幅
器８の入力インピーダンスが極めて低い時には電流差を
零にするような制御、増幅器８の入力インピーダンスが
高いときには電圧差を更にするような制御となり、どち
らの制御によろうとも本発明の効果に変りはない。なお
、いずれの実施例においても、帰還コイル９の巻数や縦
径については特定してし、ないが、ボイスコイル５をよ
ぎる磁束の変化分を打ち消すためには、通常上記磁束の
１％前後の磁束変化を生ぜしめればよいから、この程度
の磁束変化を生ぜしめる程度に帰還コイル９の巻数、線
径ならびに増幅器８のパワーを設定すればよい。

また、以上説明した事柄から、本発明による電気的制御
を有する駆動部を、負荷によろず電流歪の無い増幅器、
いわゆる定電流増幅器で駆動するならば、駆動部の発生
する力は全く無歪となり、歪の無いスピーカシステムを
構成することができる。

次に、上側、下側磁束検出コイル６，７の具体的な設け
方について第４図〜第７図とともに説明する。

第４図は上側磁束検出コイル６および下側磁束検出コイ
ル７をボイスコイル５の上端および下端に密着して巻い
たものであり、こうすることによって、ボイスコイル５
が大振幅で振動した場合でも磁束検出コイル６，７はボ
イスコイル５と一緒に動き、ボイスコイル５の上端面お
よび下端面をよぎる磁束を正確に検出することができる
。

一方、ボイスコイル５の振幅が小さい場合、例えばツイ
ータなどにおいては、磁束検出コイル６，７を特にボイ
スコイル５に密着して巻く必要はなく、第５図に示すよ
うに、センターポール１のボイスコイル上端および下端
に相当する位置に磁束検出コイル６，７を巻いてもよく
、また、同じ理由によって第６図に示すように、プレー
ト３のボイスコイル上端および下端に相当する位置に磁
束検出コイル６，７を巻いてもよい。このようにした場
合でもほぼ同様の結果が得られる。第７図は別の実施例
であり、上側磁束検出コイル６と下側磁束検出コイル７
を逆犠牲で接続することによって差電圧を取り出す方法
を示したものである。上側および下側磁束検出コイル６
，７の巻数を同じ‘こすれば、上記差電圧は上記両コイ
ル６，７をよぎる磁束の差に比例する。第８図ａ，ｂ，
ｃは帰還コイル９の具体的な設け方を示したものであり
、それぞれ帰還コイル９をプレート３の上側、下側およ
び上下両側に巻いた場合を示す。

これら帰還コイル９の作る磁界はボイスコイル５の巻か
れた面をよぎるから、いずれの場合も帰還コイルとして
動作する。第９図は帰還コイル９をセンターポール１の
下部に巻いたときの実施例であり、この場合も帰還コイ
ル９の作る磁界はボイスコイル５の巻かれた面をよぎる
から帰還コイルとして動作し得る。

以上のように、本発明はボイスコイルの上端および下端
をよぎる磁束を検出するための上側、下側磁束検出コイ
ルを設け、これらの各磁束検出コイルの出力電圧または
出力電流の差を増幅器を介して磁気回路中に別個に設け
た帰還コイルに印加し、駆動部の力係数を一定にするよ
うにしたものであるから、磁気歪や電流歪による歪を大
幅に改善することができるものである。また、ボイスコ
イルそのものを、負荷によらず電流歪のない、いわゆる
定電流増幅器で駆動するようにすれば、駆動部の発生す
る力を全く無歪にし、より歪のないスピーカシステムを
構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図、第３
図は第１図の動作を説明するための斜視図および断面図
、第４図、第５図、第６図は磁束検出コイルの具体的な
取り付け状態を示す断面図、第７図は磁束検出コイルの
差電圧を取り出すための接続状態を示す結線図、第８図
ａ，ｂ，ｃおよび第９図は帰還コイルの具体的な取り付
け状態を示す断面図である。１……センターポール、２……マグネット、３……プレ
ート、４……ボイスコイルボビン、５…・・・ボイスコ
イル、６・・・・・・上側磁束検出コイル、７・・・・
・・下側磁束検出コイル、８・・・・・・増幅器、９・
・・・・・帰還コイル。第１図第２図第３図第４図第５図第６図第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】１センターボールをプレートの間にボイスコイルを配
置し、これらセンターボール、プレート、ボイスコイル
で構成される磁気回路中に、上記ボイスコイルの上端面
および下端面をよぎる磁束を検出する上側磁束検出コイ
ルおよび下側磁束検出コイルと、帰還コイルとを設け、
上記上側磁束検出コイルと上記下側磁束検出コイルの出
力電圧または出力電流の差を上記ボイスコイルを駆動す
る増幅器とは別の増幅器を介して上記帰還コイルに印加
するようにしたことを特徴とするスピーカシステム。２上側磁束検出コイルと下側磁束検出コイルを、それ
ぞれボイスコイルの上端および下端に密着して設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスピーカシ
ステム。３上側磁束検出コイルと下側磁束検出コイルを、セン
ターボールまたはプレートのボイスコイルの上端および
下端と対向する位置にそれぞれ設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のスピーカシステム。４上側磁束検出コイルと下側磁束検出コイルを同一巻
数に設定し、かつ互に逆極性に接続することにより差の
信号を取り出すようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のスピーカシステム。５帰還コイルをプレートの上下両側のうち少なくとも
一方に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のスピーカシステム。６帰還コイルをセンターボールの下部に設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスピーカシステ
ム。７センターボールとプレートの間にボイスコイルを配
置し、これらセンターボール、プレート、ボイスコイル
で構成される磁気回路中に、上記ボイスコイルの上端面
および下端面をよぎる磁束を検出する上側磁束検出コイ
ルおよび下側磁束検出コイルと、帰還コイルとを設け、
上記上側磁束検出コイルと上記下側磁束検出コイルの出
力電圧または出力電流の差を、上記ボイスコイルを駆動
する増幅器とは別の増幅器を介して上記帰還コイルに印
加するように構成するとともに、上記ボイスコイルを駆
動する増幅器を定電流増幅器で構成したことを特徴とす
るスピーカシステム。