JPS6395800A - オ−デイオスピ−カ−駆動方法 - 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〕 本発明はオーディオシステムにおけるオーディオスピー
カー駆動方法に関する。

［従来の技術〕 現在のオーディオシステ１１の一般的モデルについて： 音、すなわち気体である空気の振動で空気の疎密波が出
来、疎密波により物体に圧力の変動を与え人間の場合、
耳より鼓膜の振動となり、ｖｉに伝わり音として感じる
。

すなわち、音は音源より直接耳に伝わる分には物理現象
のみであるがこれを記録再生、又は増幅、伝送の為には
音（空気の振動圧力として、音圧で定義されている）を
電気的信号に変換し、電気磁気的エネルギーを音正に変
換（原始的な伝声管を除き、現在ではスピーカー、イヤ
ーホーン、ヘッドホーンのように電気磁気的力を利用し
て音を作り出している）して、その振動圧力が耳を通し
て脳に達し、音の情報として利用されている。

音（音圧）から電気信号への変換には、音圧により振動
を受け、出来るだけ忠実に受けた振動エネルギーに比例
した電圧又は電流の型で出力する為にマイクロフォン、
圧力センサー等あるが、ここでは比較的周波数特性が良
いとされているコンデンサーマイクロフォン（エレクト
レット）の８１　ｔｐ−な溝造を考えてみると大体第３
図のようになっている。

図中、２，４はマイラーフィ）欅の弾力性に富んだ薄膜
に電気導体を蒸着して電極を構成したものであり、絶縁
部材８，１０で電極間にギャップ６を作っている。Ｒは
非常に大きな抵抗である。第３図に示すように、２枚の
空気で絶縁された面積を持った電極に存在する静電容量
を利用して、音正に比例した電圧（電流でも良い）が電
圧検出部１２から出力され、検出部１０の電圧変化を高
入力アンプで増幅するようになっている。すなわち、機
械的なエネルギーが電気的エネルギーに変換されたので
ある。

マイクロフォンの電気信号をスピーカーに出力する為の
増幅装置は、入力信号を出来るだけ正確に比例するよう
に出力するアンプ（リニア・アンプ）で行なわれ入力信
号のもつ次元（デメジョンＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）を変え
ることはせず、エネルギー（パワー）を増幅するのみで
ある。

又、伝送、放送に伴う変調変換を行っても、電気的エネ
ルギーを機械的エネルギーに変換するスピーカー、受話
器、イヤーホーン等に出力する場合は、やはり、入力さ
れた電気的信号の次元を変える事なくスケールが大きく
なっただけの、リニア増幅された電力で出力される。

音の記録、再生には現在、レコードデスク（針式）、磁
気テープ、コンパクト・デスク（レザー光学式）等１色
々な方法により音を記録し、再び電気的信号に戻します
が、その過程で生じた歪みを補正する為に、針式レコー
ド、磁気テープ等ではイコライザーにより、又、コンパ
クトディスク等ではＡＤ変換からＤＡ変換等の信号処理
を行うがいずれも、スビーカー等に出力するときの電力
増幅は　ｊｒ！気的人的入力信号例したリニア増幅であ
る。

以−ヒのオーディオシステムの概略を図示すると第５図
のようになる。

スピーカー等に入力された電気的エネルギー（電力）は
例えば第４Ｕ′４に示すダイナミック型スピーカーの」
場合、スピーカーの振！Ｉ！ｌ１４反（コーン）１４に
取付けられたボイスコイル１６に電流として流れ、ボイ
スコイル１６が周囲の磁界即ちＲイス・コイル１６の電
流の方向を直角に横切るように磁力線を配置したスピー
カーボックスに固定された永久磁石１８との相互作用で
入力音圧に比例した力を振動板に加え肝を再生している
。

次に、オーディオシステｌｈの検証に移る。

マイクロフォンについてニ オーディオシステム特に音楽に関係するものは、音によ
る情報伝達の中での特に音そのものの持つパワーやスペ
ク］・ルの忠実な再現を要求される一番条件のきびしい
部類に入る。

マイクロフォンの性能については、変換器の中でも受動
的役割の機器は比較的正確に変換しやすいという一般的
な例にもれず信用出来るレベルにあると思われる。

リニアアンプについて： リニアアンプについては、電子回路の一番有利な特性を
持ち、非常に精度のよいアンプがあり、又比較的検証し
やすいので問題はなりＸ。

スピーカーについて： 電話器の受話器等、音そのものの音質が余り問われない
ものを除き、特にスピーカー（前項のダイナミック型ス
ピーカー）の場合。

周波数特性等音質に関する要求はきびしく、製造メーカ
ー等は、スピーカーの特性諸元をスピーカーにそえて販
売する場合がある。

−例として、スピーカーの周波特性はどのようにし、で
測定されているかというと、第６図に示すように無反響
室で一定の決めｌ）れた条件の下でスピーカーの出力を
モニターする。

試験するアンプ２０の出力は、振幅一定（周波数の変化
に関係なく一定の実効値の正弦波）で定常波（モノ１−
−ン）周波数を少しづつ変えて、スピーカー２２に入力
してスピーカー２２の出力（音圧の実効値の平均）を決
めら九た位置に標僧マイクロフォン２４で測定し。

スピーカー２２の周波数特性を検証する。スピーカー２
２の人力（電力）と出力（音圧）どの変換効率は、特５
１すの場合を除き余り問題にされず一般的には前記の周
波特性及びトーンバースト特性、微分特性等が一番要求
さ扛る。いず九も第６図のように条件を決めスピーカー
に入力し、出力をマイクロフォンでモニターする。

〔発明が解決しようとする間頭点〕

音圧に比例した電圧・電流でスピーカーを駆動する場合
の理想的なスピーカーを考えて見ると、スピーカーの振
動板は完全な剛性。

質量零、変位に伴う反発力（ダンピング抵抗）なし、ス
ピーカーの背面からの反Ｈ及び逍す込みなしく無限大バ
ッフル）、設置場所の反射、反響に左右されない等、実
際に全れも実現不可能な条件である。仮にこれ等の条件
を満足すると１人力音圧に比例した力で振動板に力を加
えると、振動板が空気に対して位置の変化が起り、振動
板が空気に与えた音圧と同じ強さの反発力としての動圧
が働き・Ｖ衡する。すなわち、スピーカーに入力された
エネルギーが全て音のエネルギーに変換されたとき、電
圧に比例した音圧がスピーカーより出力される。すなわ
ち、正確な音の再現がなされたわけです。

しかるに実際には、完全剛性、質量零等、実現不可能で
ある。

この問題は現在どうやってより原１１に近い音を再現し
ているかというと、−例を上げれば第４　Ｉ：ｌｊにお
けるダイナミックスビーカーには振動板１４にダンピン
グ用のバネ１５を利用して変位数に応じて反発力即ち振
動板１４に力を加えないときに落付く中心点に近づこう
とする力が生じるようにし、加えてスピーカーボックス
２６と振動板１４の背面の空間を利用して経験的に原音
に近づける等の努力が第７図に示すようになされている
。

第７図Ａ、１３は、スピーカーの一般的な周波数特性を
示し、直線Ａはスピーカーに入力される電力の平均値、
曲線Ｂはダンパーによる振動板の動きをさまたげる力（
変位に比例）、曲線Ｃは振動板の振動に働いた力（入力
からダンパー力を除いたもの）、直ＲＸ＠ｐは音圧のｔ
ｆｌ失もなくダンパーもない振動板の予想される変位速
度、直線Ｅは音圧の損失があり、ダンパーのない場合の
予想される変位速度、曲ｊｌｉＦはダンパーの反発力を
音圧の損失がある実際の振動板の変位速度、曲線Ｇは振
動板の変位速度の自乗で、音圧に比例し、このＧに示さ
れるグラフは大体において実際のスピーカーの周波数特
性の傾向を表わしている。

上記のように経験的に原音に近づける努力が成されてい
るが、しかし、スピーカーの機械的・物理特性に応じて
スピーカーを駆動する力を変えて音を再現しようとする
発想はない。

ここで音そのものの性質について見直す事から始めると
、話声、楽器等、原音の発生には音の発生源に、音を発
生する振動板を想定してみると、振動板の力学的運動状
態と発生する音圧の関係は空気の温度・圧力が一定とし
た場合音の媒体である空気と、それに接する振動板表面
との相対速度の自乗に比例した動圧であることは明らか
である。

したがって、スピーカーの振動板の表面の変位速度は、
マイクロフォンに収録された音圧により想定された音源
の振動板の表面の変位速度に正確に比例しなければ当然
原音に忠実な再現は不可能である。

本発明は上記問題点を解決することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決する手段〕

上記目的を達成するため本発明は、オーディオシステム
において、マイクロフォン等に入力された音圧が電気的
信号に変換されるが、入力された音圧の音源に振動板を
相定し、変換された電気信号を基にその音源の振動板の
表面の変位速度を割出し、スピーカーの振動板の表面の
変位速度を定常的過度的に正確に比例させる為個々のス
ピーカーの物理・機械的特性を測定し、それらを基にシ
ュミレーションや等価回路等でスピーカーの振動板の正
確な比例速度をさまたげるような要素を電気磁気的なエ
ネルギーに換算し、その電気磁気的エネルギーを打消す
ような電気磁気的エネルギーが造出出来るような電力を
追加してスピーカーに出力する事でスピーカーの振動板
の表面の変位速度が音源に想定した振動板の表面の変位
速度に正確に比例出来るようにしたものである。

〔実施例〕

以下に本発明の構成を添付図面に示す実施例を参照して
詳細に説明する。

今ここに、スピーカーの、重さある振動板があり、振動
板に加わる力はダンピング、摩擦。

音圧による損失等ないものとして、電圧Ｖｓなる電力で
駆動すると仮定し、第２図に示すように等価回路を設定
する。

図中、３０は入力電圧Ｖｓの平方に開平出来る非直線増
幅器（ノンリニアアンプ）であり、ｋｓはＶ　ｓ　＜　
０のとき負、Ｖ　ｓ　＞　Ｏのとき正となるような比例
定数である。

増幅器３０の出力Ｐ１は、 Ｐｌ＝ｋｓＪｖτ　　　　　　　　　・・・・・・■オ
ペアンプ３２の出力Ｐ２は オペアンプ３４の出力は、 （ＶＯは初期値） Ｖ　ｓ　＝　Ｏのとき、ＶＯを０にすれば上記０式から ここで音源に想定した振！１ｌＦｉ、の変位速度を■と
したとき。

ｖｓ＝ｋｏｖ”　　　　　　　　　　　　・・・・・・
■但し、　ｋ６は比例定数 ■θ５を代入すると ｌ　　ｋｓｃｉ　　Ｊ庁′をＫと置けば＋ＲＩＣ２Ｒ２ Ｖ＝ＫＶとなり、 マイクロフォンで変換された電気信５）を増幅したリニ
アアンプの出力を平方で開平し、微分し積分することで
スピーカーの質量は補償出来る。

実際（現実）のスピーカーの等価回路は、第１図（Ａ）
に示されている。

実際のスピーカーがＶｐ動される場合、（ａ）振動板と
ヨークコイルを支持するダンパーによる反発力 （ｂ）￥￥に変換される損出 （ｅ）共鳴に利用された振ＵＩＪ板背面と、スピーカー
ボックスとの密閉又は密閉されたと見なされろ空気（音
圧を含めて）の圧力の変化に伴う反発力等スピーカーの
人力に対し、正確な出力をさまたげるような色々な要素
が存在する。

以上のような諸条件を一例として等価回路に大まかに置
き換えると、第１図（Ｉ３）のようになる。

ここで第１図（Ａ）における破線で囲ま扛たブロックの
大体の等価回路とその、σ味は次のようになる。

ａは第８図に示すコンデンサＣｉで表現でき、振動板の
重さく質量）が加えられた力（電力）Ｖｓに対し、変位
速度ｖ１がどのように変化するかを決める質量に相当す
る電気容量である。

１）は入力ｖｔ　（振動板の変位速度に相）！１又は比
例する電圧）を自乗して出力する自乗器（掛算器）でｖ
ｌく０のとき、ｋｌは負、ｖｌ）０のときに１は正とな
る。

上記すは第９図に示されている。

ｆは第１０図のディレィライン（遅延線）、ＤＬＩ、Ｄ
Ｌ２．ＤＬ３及び抵抗ｒｌ、ｒ２゜ｒ３から成る回路と
等価であり、該ｆは部屋の反射、共鳴、スピーカーボッ
クスの空気の反発力等の振動板の動きをさまたげようと
する力を示している６ Ｉこ０は振動板が変位するｌｉで空気に圧力を掛けたと
きの反作用で音圧を作り出すことでの反発力をフィード
バックさせろための抵抗である。ｋｒｖ−はスピーカー
振動板が作り出す音（音圧）である。

ｄはＶｌの速度で変位する振動板がどれだけ変位したか
位置を示す鼠でｙｌである。（Ｉはスピーカーの変位に
比例した反発力が生じるための振動板やボイスコイルの
支持バネ材の反発力が人力（振動板を動かそうとする力
）に加えろｈｌ、を決定する変位Ｅ＋ｙｌを積分する為
の積分係数であり、第１１図のコンデンサＣＩの電気容
量で示すことができる。Ｒ１も抵抗でＣ１との組合せで
積分部″Ｗｊｌを構成している６ ３２はゲインｅ１のアンプでｙｌの出力の極性が入力Ｖ
ｓと同じである為、反発力（ダンピング）にする為に極
性を変える為のバッファアンプを構成している。

Ｃは第１２図の回路を意味している。

ＤＬＬ、ｒ４はスピーカーボックスの比較的低周波の変
位に伴う反発力（密閉された空間の体積の変化に伴う）
、ｒ５は振動板の変（ひに比例した反発力（ダンピング
）を示すものである。Ｃ３，ｒ６Ｌ１は振動板の変形（
たわみ）による反発力である。

以上のように破線で囲まれた部分の特性は。

スピーカー自体に存在する機械的物理特性で何れも実際
には取除く事は不可能である。その対策としては、各ａ
、ｂ、ｄ、ｆｌ　ｅの内、ｄはｅを除けばよいし、ヌ、
（３を除くへにＲｌｄ、Ａ２の回路は必要になるが、・
戊りの破線で囲まれたａｙ　ｂｒ　　ｆｔ　ｅを第１図
（Ｂ）のように補償すれば第１図（Ｃ）のようになり、
Ｖはｖ３に比例し、正確な音（音圧）を再現出来る。

すなわちａにはＡｉ、ａ’（同じ回路であるが場合によ
っては係数を変える）、ｋｓＦＶ；で補償す、ｆの系統
はｂ→ｆは次元がＶｓそのものであるから［をａ′と同
じ要領でｆ′に対応させ人力から直接アンプＡ１に入力
すればよい。ｅはアンプ３２の入力すなわちｙ２の出力
をｅ　ｐ　（ａ　ｒと同じ要領）で以ってアンプＡｉに
入力すればＣの反発力は相殺出来る。

以上のように、ｋ　５１Ｆ１］ｔ　ａ　’　Ｈｆ　’　
ｇ　ｅ　’を附加すれば第１図（Ｃ）のようにスピーカ
ーの振動板の変位速度ｖ３を、想定した音源の変位速度
Ｖに正確に比例させることが出来る。

即ち、 でｖ３はＶに比例するに れ等の、意味することは、リニアアンプから直接入力出
来るのは音（音圧）を発生する為の電力だけでスピーカ
ーの持っ損出（振動板）ＩＩＩｔ量、タンバー反射等）
ハ、ｋ　ｓＭ＊ａ’、Ａｉ、ｆ’、ｅ’を別の回路でス
ピーカー個々の特性を測定した結果で決められた定数に
より等価又はシュミレーションによる計算であオ＼値を
決め、これにより、補償入力を造り出してこの補償入力
によって上記損失を補償しなければマイクロフォンで入
力された音（ｒｆ圧）のスピーカーによる正確な再現特
に過渡的な再現は不可能であるということである。

〔効果〕

本発明は上述の如く、スピーカーの振動板の正確な比例
速度をさまたげるような要素を電気磁気的エネルギーに
換算し、その電気磁気的エネルギーを打消すような電気
磁気的エネルギーが造出できるような電力を追加してス
ピーカーに出力するようにしたので、スピーカーの振動
板の表面の変位速度を音源に想定した振動板の表面の変
位速度に正確に比例させろことができ、音源にきわめて
近い音を再現することができる効果が存する。

【図面の簡単な説明】

第１図はスピーカーの等価回路図、第２図は、スピーカ
ーの等価回路図、第３図はマイクロフォンの説明図、第
４図はスピーカーの断面図、第５図は説明図、第６図は
説明図。 第７図はスピーカーの特性グラフ、第８図は説明図、第
９図は説明図、第１０図は説明図。 第１１図は説明図、第１２図は説明図である。 ２．４・・・・電極、ａ、ｔＯ・・・・絶縁部材。 １４・・・・振動板、　　１５・・・・ばね、　　１６
・・°・ヨークコイル、　２０・・・・アンプ、２２・
・・・スピーカー、　２４・・・・マイクロフォン。 ２６・・・・スピーカーボックス、　　３０・・・・非
直線増幅器 特許出願人　　　　　中　村　　弘 第１図 （Ｃ） 第２図 ８第３図 を 第７図 （Ａ） （Ｂ） 第８図　　　　第９図 第１０図　　　　　第１１０ 第１２図 手続書ｎｊｌ三・α 昭和６１２年１１り〕７日 特願昭６１−２４１０１７号 ２、発明の名称 オーディオスピーカー駆動方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都大［■区大森北４−］−７−８氏名中村　
弘 ４、代理人 住所　東京都渋谷区神宮前６丁目１９番１５号高野第１
ビル９階自発 （２）明細書中、 （イ）５ペ一ジ１７行目 「械的なエネルギーが電気的」 とあろは、 「械物理的なエネルギーが電気磁気的」と訂正する。 （ロ）６ペ一ジ３行目 「デメジョン」とあるは 「デイメンジ３ン」と訂正する。 （ハ）７ペ一ジ１３行目 「音圧」とあるは「電圧」と訂正する。 （ニ）８ペ一ジ４行目 「と思われる。」とあるは。 「ものとして考察する。Ｊと訂正する。 （ホ）９ペ一ジ１０行目 「周波特性」とあるは、「周波数特性」と訂正する。 （へ）１１ペ一ジ１４行目 ｒＦＪとあるは「Ｇ」と訂正する。 （１−）１１ペ一ジ１５行目 ｒＧＪとあるはｒＦＪと訂正する。 （チ）１１ペ一ジ１６行目 ｒ　Ｇ　Ｊ　とあるはｒＦＪと訂正する。 （す）１１ペ一ジ１４行目 「を」とあるは「と」と訂正する。 （ヌ）１３ペ一ジ２行目 「相」とあるは「想」と訂正する。 （ル）１３ペ一ジ５行目 「度」とあるは「渡」と訂正する。 （ヲ）２０ペ一ジ６行目 「損出」とあるはｒ＠失」と訂正する。 （ワ）１５ペ一ジ１３行目 「し積分」とあるは削除する。 ２、特許請求の範囲 （１）オーディオシステムにおいて、マイクロフォン等
に入力された音圧が電気的信号に変換されるが、入力さ
れた音圧の音源に振動板を相定し、変換された電気信号
を基にその音源の振動板の表面の変位速度を割出し、ス
ピーカーの振動板の表面の変位速度を定常的過渡的に正
確に比例させる為個々のスピーカーの物理・機械的特性
を測定し、それらを基にシュミレーションや等価回路等
でスピーカーの振動板の正確な比例速度をさまたげるよ
うな要素を電気磁気的なエネルギーに換算し、その電気
磁気的エネルギーを打消すような電気磁気的エネルギー
が造出出来るような電力を追加してスピーカーに出力す
る事でスピーカーの振動板の表面の変位速度が音源に想
定した振動板の表面の変位速度に正確に比例出来るよう
にしたことを特徴とするオーディオスピーカー駆動方法
。 （２）オーディオシステムにおいて、マイクロフォン等
に入力された音圧が電気的信号に変換されるが、入力さ
れた音圧の音源に振動板を相定し、変換された電気信号
を基にその音源の振動板の表面の変位速度を割出し、ス
ピーカーの振動板の表面の変位速度を定常的過渡的に正
確に比例させる為個々のスピーカーの物理・機械的特性
及びスピーカーの設置されている場所や部屋の反射・吸
収等の音響効果を測定し、それらを基にシュミレーショ
ンや等価回路等でスピーカーの振動板の正確な比例速度
をさまたげるような要素を電気磁気的なエネルギーに換
算し、その電気磁気的エネルギーを打消すような電気磁
気的エネルギーが造出出来るような電力を追加してスピ
ーカーに出力する事でスピーカーの振動板の表面の変位
速度が音源に想定した振動板の表面の変位速度に正確に
比例出来るようにしたことを特徴とするオーディオスピ
ーカー駆動方法。 （３）上記スピーカーの物理・機械的特性が、スピーカ
ーの振動板の質量であることを特徴とする第１項及び第
２項記載のオーディオスピーカー駆動方法。 （４）上記スピーカーの物理・機械的特性が。 スピーカーの振動板の剛性であることを特徴とする第１
項及び第２項記載のオーディオスピーカー駆動方法。 （５）上記スピーカーの物理・機械的特性がスピーカー
の振動板のダンバー力であることを特徴とする第１項及
び第２項記載のオーディオスピーカー駆動方法。 （６）上記スピーカーの物理・機械的特性がスピーカー
の振動板の共鳴の度合であることを特徴とする第１項及
び第２項記載のオーディオスピーカー駆動方法。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）オーディオシステムにおいて、マイクロフォン等
   に入力された音圧が電気的信号に変換されるが、入力さ
   れた音圧の音源に振動板を想定し、変換された電気信号
   を基にその音源の振動板の表面の変位速度を割出し、ス
   ピーカーの振動板の表面の変位速度を定常的過度的に正
   確に比例させる為個々のスピーカーの物理・機械的特性
   を測定し、それらを基にシュミレーションや等価回路等
   でスピーカーの振動板の正確な比例速度をさまたげるよ
   うな要素を電気磁気的なエネルギーに換算し、その電気
   磁気的エネルギーを打消すような電気磁気的エネルギー
   が造出出来るような電力を追加してスピーカーに出力す
   る事でスピーカーの振動板の表面の変位速度が音源に想
   定した振動板の表面の変位速度に正確に比例出来るよう
   にしたことを特徴とするオーディオスピーカー駆動方法
   。
2. （２）オーディオシステムにおいて、マイクロフォン等
   に入力された音圧が電気的信号に変換されるが、入力さ
   れた音圧の音源に振動板を想定し、変換された電気信号
   を基にその音源の振動板の表面の変位速度を割出し、ス
   ピーカーの振動板の表面の変位速度を定常的過度的に正
   確に比例させる為個々のスピーカーの物理・機械的特性
   及びスピーカーの設置されている場所や部屋の反射・吸
   収等の音響効果を測定し、それらを基にシュミレーショ
   ンや等価回路等でスピーカーの振動板の正確な比例速度
   をさまたげるような要素を電気磁気的なエネルギーに換
   算し、その電気磁気的エネルギーを打消すような電気磁
   気的エネルギーが造出出来るような電力を追加してスピ
   ーカーに出力する事でスピーカーの振動板の表面の変位
   速度が音源に想定した振動板の表面の変位速度に正確に
   比例出来るようにしたことを特徴とするオーディオスピ
   ーカー駆動方法。
3. （３）上記スピーカーの物理・機械的特性が、スピーカ
   ーの振動板の質量であることを特徴とする第１項及び第
   ２項記載のオーディオスピーカー駆動方法。
4. （４）上記スピーカーの物理・機械的特性が、スピーカ
   ーの振動板の剛性であることを特徴とする第１項及び第
   ２項記載のオーディオスピーカー駆動方法。
5. （５）上記スピーカーの物理・機械的特性がスピーカー
   の振動板のダンパー力であることを特徴とする第１項及
   び第２項記載のオーディオスピーカー駆動方法。
6. （６）上記スピーカーの物理・機械的特性がスピーカー
   の振動板の共鳴の度合であることを特徴とする第１項及
   び第２項記載のオーディオスピーカー駆動方法。