WO2008099679A1 - 電気音響変換器の歪低減方式 - Google Patents

Abstract

オーディオ機器の中で音質に最も大きな影響を与えているスピーカーの、小振幅信号時の歪を、スピーカーに印加されるオーディオ信号に可聴帯域外の高域信号を重畳することにより低減する方法である。電気信号を音響出力に変換する際、非常に複雑な動きをしているスピーカーの電気音響変換部に於いて、小振幅信号に対して特にその影響が顕著に現れる弾性特性や振動板駆動力の非線形特性の影響で発生する歪を、高域信号重畳による変換特性の平均化作用で低減する方法。

Description

電気音響変換器の歪低減方式 技術分野 本発明はスピーカーに代表される電気音響変換器の持つ歪の低減を、 入力信号に重畳して 高域信号を印加することにより可能にし明た、 オーディオ再生方式に関する ものである。 背景技術

書

スピーカーの歪を低減する方法としては、 ボイスコイルの形状を長くする方法 （図 1 2 参照） や、 磁気回路の一部に特殊磁性材料を使用する方法 （図 1 1参照） 等でリニアリティー の改善を図る方式が一般に使用されていた。 また音質改善の方法として、 オーディオ信号に 高域信号を印加する方式の提案もある （特許文献 1参照)。

以下、 図 1 0、 図 1 1、 図 1 2により従来のスピーカーにおける歪低減方法について説明 する。 図 1 0はスピーカ一の断面図であり、 図 1 1は磁気回路部分の断面図、 図 1 2はボイス コイル部分の断面図である。 図において、 2 7は振動板で、 ダンパー 2 8とエッジ 2 9により フレーム 3 3に保持されている。 また振動板 2 7の一端にはボイスコイル 2 6が取り付けられ ている。 3 0は磁気回路を構成するヨークで、 3 1はマグネット、 3 2はポールピースであり、 3 4は磁束密度を均一にして歪を低減するために取り付けられた珪素鋼板等の特殊磁性材料で ある。 図 1 2はボイスコイル 2 6の長さを磁気ギャップの幅より長くし、 ボイスコイルの振幅 が大きくなつても、 振動板に伝達される力の変化を少なくし歪を低減したボイスコイルである。

(特許文献 1 ) 特開平 0 2— 6 8 7 7 3号広報 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

以上述べた従来のスピーカーの歪低減方法は、 大振幅の信号に対する対策が主であつたた め、 音質に与える影響の大きい小振幅時の歪率増加の主要因と考えられる、 振動板や、 ダン パー、 ェッジ等の媒体内を振動が伝達する時に起きる媒体の非線形弾性特性に起因する歪や 磁性材料の内部不均一性、 加工精度、 ボイスコイルの巻きムラに起因する振動板駆動力の変 化による歪み発生に対しては顕著な効果は無かった （図 8、 図 9はスピーカーの印加電圧に 対する音響出力の特性を、 横軸に印加電圧、 縦軸に音響出力をとつて表した説明図で、 変換 特性は 1 8が示すようにマクロにはリユアな特性であるが、 ミクロには 1 9の部分拡大部の 例のような特性を示していると考えられる。 ） 。 このため小振幅印電圧 2 1に対しては、 図 8の部分拡大部 2 0が示すような音響出力特性になり、 歪の発生に対する効果はあまり 無かった。

本発明は、 このような従来の構成が有していた問題を解決しょうとするものであり、 スピ 一力一の小振幅時に発生する歪を効果的に低減し、 忠実度の高い音楽再生を可能にするス ピーカーの歪低減方式である。

課題を解決するための手段

本発明の第 1の課題解決手段は上記目的を達成するためにオーディォ信号に重畳して可聴 帯域周波数外の高域信号を電気音響変 こ印加する手段を設けたものである。 また、 第 2の課題解決手段は、 重畳する高域信号をスピーカー駆動増幅器の音量調節器の前段で印加 する構成としたものである。 第 3の課題解決手段は、 重畳する高城信号に高域ディザ信号を 用いる構成としたものである。 第 4の課題解決手段は、 スピーカーにオーディオ信号用とは 別に高域信号印加用のボイスコイルを設け、 高域信号をこの別に設けたボイスコィルから印加 する構成としたものである。 第 5の課題解決手段は、 高域信号発生器をスピーカー駆動パワー 了ンプに組み込む構成としたものである。 第 6の課題解決手段は、 オーディォ信号のレベルや 周波数を検出して、 高域信号のレベルを自動的にコント口一ルするよう構成したものである。 第 7の課題解決手段は、 スピーカーの前面に布等による高域遮断音響フィルターを設ける よう構成したものである。 第 8の課題解決手段は、 ディパイデイングネットワーク回路を持 つマルチウェイスピーカー方式の場合で、 高音用スピーカーのネットワーク回路には高域信 号低減回路を、 低音用スピーカーのネットワーク回路には高域信号通過回路を設ける構成と したものである。 第 9の課題解決手段は、 現在使用中のオーディオ装置にも本発明の歪低減 が容易に導入出来るようにするための、 アダプター方式の高域信号印加装置の構成である。 上記第 1の課題解決手段による作用は次の通りである。 すなわちオーディオ信号に高域信号 を重畳した電気音響変換器への入力信号は図 9の 2 1、 2 2のようになる。 この入力信号をミ ク口な部分で非線形な電気音響変換特性を持つ変 に入力した場合の出力波形は 2 3で表さ れるように、 重畳した高域信号 2 2の出力波形 2 3に大きな歪を発生する力 音響フィルター や耳の高域遮断特性 2 4で、 歪成分を含めた高域信号が除去され、 2 5で示されたような歪成 分の無いオーディオ信号の再生が可能になる。 また、 第 2の問題解決手段による作用は、 高域 信号を音量調節器の前段で印加したことにより、 オーディォ信号に対する高域信号レベルの比 率を、 音量調節器の調節レベルに関係なく一定に出来るので、 常に良好な印加状態が保てる。 第 3の課題解決手段による作用は、 高域信号をノィズ成分が高域に分布する高域ディザ信号と することにより、 オーディオ信号との干渉を防止する事ができる。 第 4の課題解決手段による作 用は、 高域信号をスピーカーに別に設けた専用ボイスコイルで印加することにより、 アンプ内で のオーディオ信号と高域信号の干渉を防止すると共に、 独立した回路による高域信号の印加を可 能にする。 第 5の課題解決手段による作用は、 高域信号発生器をパワーアンプに組み込んだこと により、 パワーアンプ単独で高域信号の印加を可能にしたものである。 また、 第 6の課題解決手 段による作用は、 オーディォ信号のレベルや周波数に合わせ自動的にて高域信号のレベルをコン トロールすることにより、 常に最適な高域信号の印加を可能にしたものである。 第 7の課題解決 手段による作用は、 スピーカー前面に布等による高域遮断音響フィルターを設置する事により、 重畳した高域信号の音響出力成分が聴覚に影響を及ぼすのを防ぐようにしたものである。 第 8の 課題解決手段による作用は、 ディバイデイングネットワーク回路を持つマルチウェイスピーカー 方式に髙域信号を印加するに際し、 ネットワーク回路による悪影響を取り除き、 各スピーカーに 対して最適な高域信号の印加を可能にしたものである。 第 9の課題解決手段による作用は、 現在 使用中のオーディオ装置のパワーアンプや、 コントロールアンプの入力又は出力に接続する事に より高域信号が印加出来るように構成したアダプター方式の高域信号印加装置によるものである。 発明の効果

本発明によるスピー力一の歪低減方式では、 従来の歪低減対策では殆ど効果が無かつた、 音質 に与える影響の大きい小振幅時の歪率増加の要因と考えられる、 振動板やダンパー、 エッジ等の 媒体内を振動が伝達する時に起きる媒体の非線形弾性特性に起因する歪や、 磁性材料の内部不均 一性、 加工精度、 ボイスコイルの巻きムラに起因する振動板駆動力の変化による歪を、 オーディ ォ信号に可聴帯域外の高域信号を印加することによる平均化作用で低減し、 従来の方式では味は えなかった余韻の美しい透明感のある音楽再生を可能にする効果がある。

図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施形態を示すプロック図、 図 2は第 2の実施形態を示すプロック図、 図 3は第 3の実施形態を示すプロック図、 図 4は第 4の実施形態を示すプロック図、 図 5は第 5 の実施形態を示すブロック図、 図 6は第 6に実施形態を示すブロック図、 図 7は第 7の実施形態 を示すプロック図、 図 8は従来方式のスピーカーの歪発生説明図、 図 9は本発明のスピーカーの 歪低減説明図、 図 1 0はスピーカーの断面図、 図 1 1はスピーカーの磁気回路部分の断面図、 図 1 2はボイスコイル部分の断面図である。

符号の説明

1 入力選択回路

2 コントロールアンプ

3 パワーアンプ

4 高域信号発生器

5 電気音響変麵

6 髙域信号用ボイスコイルの有るスピーカー

7 高域信号発生器を内臓したパワーアンプ

8 スピーカー

9 レベル検出器 レべノレコントロ一ノレ器 高域遮断音響フィルター ディバイデイングネットワーク 高域信号低減回路

高域信号通過回路

高域信号重畳アダプター 高音用スピーカー

低音用スピーカー

スピーカーの電気音響変換特性 電気音響変換特性の部分拡大図 音響出力の部分拡大図 小振幅印加電圧波形 高域信号波形

高域信号印加時の音響出力波形 音響フィルタ一の高域遮断特性 音響出力再生波形 ボイスコィノレ

振動板

ダンパー

エッジ

ヨーク

マグネット

ポールピース

フレーム

特殊磁性材料 発明を実施するための最良の形態

本発明の実施の形態を図 1〜図 7で説明する。 図において、 1は入力選択回路でコントロー ルアンプへの入力を選択する。 2はコントロールアンプで一般には音量調整回路やパランス調整 回路等により構成されている。 3はパワーアンプでスピーカーに音声パワーを供給するアンプで ある。 4は本発明の歪低減のために組み込んだオーディォ信号に重畳する高域信号の発生器で、 可聴帯域外の高い周波数の信号、 一般的には 2 0 KH z以上で、 ディジタルオーディオのサンプリ ング周波数と干渉を起こし難い 3 0 KH z、 6 5 KH z , 1 3 0 KH z近辺の高周波信号発生器で 構成され、 重畳信号の振幅としては、 小振幅の信号でも効果はあるが、 より大きな効果を得るため には大振幅信号の印加が望ましい反面、 アンプ、 スピーカーに対する負荷も大きくなるので、 それ ぞれのシステムに合った周波数、 振幅を選択するのがよい。

実施例 1

図 1は本発明装置の第 1の実施例の構成を示したプロック図で、 高域信号発生器 4の出力をコ ントロールアンプ 2の前段でオーディオ信号に重畳する構成により、 重畳信号の大きさはオーディ ォ信号の大きさと同時にコントロールアンプの音量調節器で変わるので、 オーディオ信号に対する 重畳信号のレベルの比率を一定に出来る。

実施例 2

図 2は本発明装置の第 2の実施例の構成を示したプロック図で、 スピーカー 6に高域信号重畳 用の独立したボイスコイルを設け、 独立した回路による高域信号の印加を可能にしたものである。

実施例 3

図 3は本発明装置の第 3の構成を示したプロック図で、 高域信号発生部をパワーアンプ 7に内蔵 させ、 パヮ一ァンプ単独での印加を可能にしたものである。

実施例 4

図 4は本発明装置の第 4の構成を示したプロック図で、 オーディオ信号のレベルや周波数を検 出する検出器 9とレベルコントロール器 1 0により、 高域信号発生器の出力をコントロールする 構成とし、 検出されたオーディオ信号のレベルや周波数によって自動的に重畳される高域信号の レベルを常に最適な値にコントロール出来るようにしたものである。

実施例 5

図 5は本発明装置の第 5の構成を示すプロック図で、 重畳した高域信号の音響出力成分が聴覚 に影響を及ぼすのを防止するため、 布等による高域遮断音響フィルター 1 1を設置したものであ る。

実施例 6

図 6は本発明装置の第 6の構成を示すブロック図で、 ディバイデイングネットワーク回路 1 2 を持つマルチウェイスピーカー方式に対して本発明の効果を最大限発揮させるために、 ネットヮ ーク回路に、 高域信号低減回路 1 3及ぴ高域信号通過回路 1 4を設置した例である。

実施例 7

図 7は本発明装置の第 7の構成を示すプロック図で、 パワーアンプやコントロールアンプの入 力 （または出力） に接続することにより、 高域信号の印加を可能にするアダプタ一形式の高域信 号重畳装置 1 5の接続例である。

産業上の利用可能性

ステレオ装置ゃテレビ等のオーディォ回路に本歪低減方式の高域信号発生器を組み込む事に より、 少しの費用で歪が少なく忠実度の高いオーディオ再生の実現が可能になる。

Claims

請 求 の 範 囲

スピ一カーに代表される電気音響変換器の電気信号を音響信号に変換する際に発生する歪を 低減するため、 オーディォ信号に重畳して可聴周波数帯域外の高い周波数の高域信号を電気 音響変換器に印加する手段を備えることを特徴とする電気音響変換時の歪低減方式。

高域信号をスピーカー駆動増幅器の音量調節器の前段で印加する事により、 スピーカーに重 畳される高域信号の大きさが、 音量調節器によるオーディォ信号の大きさの調節と同時に変 わるように構成した 1の方式。

高域信号として、 高域ディザ信号 （ノイズ成分が可聴帯域外の高域に分布しているディザ信 号） を用いた 1の方式。

オーディォ信号用とは別に設けた高域信号用のボイスコイルに高域信号を印加するように構 成した 1の方式。

高域信号発生器をスピーカー駆動パワーアンプに組み込んだ 1の方式。

オーディオ信号レベルの大きさに追従して、 高域信号のレベルを自動コントロールするように 構成した 1の方式。

スピーカーの前面に布等による高域遮断音響フィルタ一を設け、 重畳した高域信号の音響出力 成分を遮断するように構成した 1の方式。

パワーアンプの出力とスピーカ一間に、 L C回路等により構成されるディバイデイングネット ワーク回路を持つマルチウェイスピーカー方式において、 高域スピーカー側には重畳信号を低 減する回路を、 低域スピーカー側には重畳信号がディバイデイングネットワークにより減衰さ れる量を低減する回路を設けた構成の 1の方式。

現在使用中のオーディォ装置にも 1の方式による歪低減が容易に導入出来るようにするため、 パワーアンプやコントロールアンプの入力端子または出力端子に接続して高域信号が印加出来 るよう構成した、 ァダプタ一形式の高域信号印加装置。