WO2010104112A1 - スピーカユニット - Google Patents

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WO2010104112A1
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acoustic diaphragm
carbonaceous acoustic
speaker unit
speaker
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章仁 三井
信一 山田
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Mitsubishi Pencil Co Ltd
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    • H04R2307/023—Diaphragms comprising ceramic-like materials, e.g. pure ceramic, glass, boride, nitride, carbide, mica and carbon materials
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    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms

Definitions

  • the present invention relates to a speaker unit for audio reproduction, and more particularly to a speaker unit that is directly driven by a digital audio signal.
  • a digital speaker has been developed in which a digital audio signal is directly supplied to a speaker and reproduced without being converted into an analog signal (see, for example, Patent Document 1).
  • each of a plurality of voice coils wound around a voice coil bobbin is weighted so that a driving force corresponding to each bit of a digital signal is generated, and is applied to each voice coil.
  • the direction of the current flowing through the voice coil is set according to the binary value by switching the polarity of the voltage according to the binary value of each 2 bits of the digital signal.
  • a speaker unit has been proposed in which a digital-to-analog conversion device that generates a high-quality analog signal from a digital signal is applied to a digital speaker driving device to improve reproduction sound quality and reduce circuit scale (for example, Patent Document 2).
  • the speaker unit described in Patent Document 2 converts the n-bit output of the delta-sigma modulator into a thermometer code by a formatter, performs mismatch shaping processing by a post filter, and inputs the output to the buffer circuit. It describes that a magnetic field is added by controlling a coil with an output digital signal (see paragraphs 0063 and 0078).
  • speaker diaphragms used in various audio equipment, video equipment, mobile devices such as mobile phones, and the like are required to be able to faithfully reproduce clear sound in a wide frequency band, particularly in a high sound range. .
  • the material of the diaphragm is required to have seemingly contradictory properties such that the elastic modulus is high to give the diaphragm sufficient rigidity and the density is low to reduce the weight of the diaphragm.
  • diaphragms for digital speakers which have been attracting attention in recent years, are strongly demanded for these properties due to the demand for vibration response.
  • the object of the present invention is to directly drive a diaphragm having low rigidity and light weight but sufficient rigidity with a digital audio signal, and can transmit the vibration of the voice coil to the carbonaceous acoustic diaphragm without loss. It is providing the speaker unit which implement
  • the speaker unit of the present invention includes a carbonaceous acoustic diaphragm and a voice coil that is formed by winding a conductive wire in a cylindrical shape and is fixed in a state where one opening end is in direct contact with the carbonaceous acoustic diaphragm.
  • magnetic flux generating means for generating a magnetic flux penetrating the cylindrical voice coil in the radial direction, and driving means for supplying a driving current corresponding to an audio signal to the voice coil.
  • the vibration excited by the voice coil corresponding to the audio signal is transmitted to the carbonaceous acoustic diaphragm without loss. . Since the vibration of the voice coil can be transmitted to the carbonaceous acoustic diaphragm with high efficiency, it is possible to realize a speaker that can output a sound faithfully reproduced from an audio signal.
  • the voice coil is composed of a plurality of unit voice coils corresponding to the number of bits of the digital signal, and the diameters of the plurality of unit voice coils are made different.
  • the unit voice coil on the small diameter side is sequentially inserted into the unit voice coil on the side, and the driving means drives each unit voice coil individually based on each bit value of the digital signal.
  • the speaker main body equipped with the carbonaceous acoustic diaphragm is directly driven by a digital signal, it is preferable to utilize the characteristics of the carbonaceous acoustic diaphragm having sufficient rigidity while being low density and light weight. Acoustic characteristics can be realized.
  • each unit voice coil has a long axis of the wire cross section between adjacent wires adjacent to each other in a direction orthogonal to the coil radial direction. It is characterized in that it is wound in a cylindrical shape so that the directions are in close contact with each other.
  • the coil thickness (one layer or multi-layer) in the coil radial direction of the entire voice coil can be suppressed.
  • the gap where the voice coil is arranged can be narrowed, and magnetic loss can be reduced.
  • each unit voice coil has a short axis of the wire cross section between adjacent wires adjacent to each other in a direction orthogonal to the coil radial direction. It is characterized in that it is wound in a cylindrical shape so that the directions are in close contact with each other.
  • the conductive wire constituting the unit voice coil is in close contact with the short axis direction of the wire cross section between adjacent wires, the vibration excited by the voice coil is transmitted to the carbonaceous acoustic diaphragm. Loss is further suppressed.
  • the carbonaceous acoustic diaphragm in the speaker unit, includes a first main surface to which an opening end of the voice coil is fixed, and a second main surface opposite to the first main surface.
  • the voice coil is disposed at a position where the outermost peripheral position of the opening end portion is shifted inward from the outer peripheral edge of the diaphragm, and is the second main surface, the opening of the voice coil.
  • One end portion of a support member that supports the carbonaceous acoustic diaphragm so as to vibrate freely is fixed to the outer peripheral edge of the diaphragm that does not overlap with the fixing position of the end portion.
  • one end of the support member that supports the carbonaceous acoustic diaphragm so as to vibrate is fixed to the outer peripheral edge of the diaphragm that does not overlap with the voice coil fixing position.
  • the magnetic flux generating means includes a yoke having an end facing the outer peripheral surface of the voice coil fixed to the carbonaceous acoustic diaphragm, and the other opening of the voice coil.
  • a center piece that is inserted from the end into the coil and forms a gap between the opposing ends of the yoke, and is provided between the center piece and the yoke, with the center piece side serving as one magnetic pole.
  • a permanent magnet having a magnetic pole as the other magnetic pole, and the carbonaceous acoustic diaphragm includes a first main surface to which an opening end of the voice coil is fixed, and a side opposite to the first main surface.
  • a second main surface and a convex portion formed at an opening end fixing portion of the voice coil on the first main surface, wherein the central portion of the voice coil is an end portion of the yoke. And said And having a height which is a gap position between the centers pieces.
  • the number of magnetic fluxes traversing the voice coil is maximized by arranging the central portion of the voice coil to be at the gap position, and the maximum stress is generated by passing a current through the voice coil. That is, the carbonaceous acoustic diaphragm can be vibrated most efficiently.
  • the lead-out positions of the lead wires connected to the unit voice coils are evenly distributed on the outer periphery of the carbonaceous acoustic diaphragm.
  • the tension of the lead wire drawn from the unit voice coil has a great influence on the vibration characteristics of the carbonaceous acoustic diaphragm.
  • a drawer structure that does not deteriorate the vibration characteristics of the acoustic diaphragm can be realized.
  • the driving unit includes a delta-sigma modulator that delta-sigma-modulates a digital audio signal of multi-level bits supplied from a digital sound source, and the digital signal output from the delta-sigma modulator is provided.
  • Each voice coil is individually driven based on a signal.
  • the driving means converts a digital signal of a predetermined bit output from the delta sigma modulator into a thermometer code having a bit number corresponding to the number of voice coils.
  • a conversion unit is provided.
  • the binary number output from the delta-sigma modulator is a signal having a weight for each bit, it is difficult to directly drive the digital signal if the signal is used as it is.
  • the speaker body can be directly driven by a digital signal.
  • the carbonaceous acoustic diaphragm may include an amorphous carbon and a carbon powder uniformly dispersed in the amorphous carbon, and may be formed of a porous body having a porosity of 40% or more.
  • the carbonaceous acoustic diaphragm includes amorphous carbon and a carbon powder uniformly dispersed in the amorphous carbon, and includes a low density layer made of a porous body having a porosity of 40% or more, and amorphous carbon. Including a high-density layer that is thinner than the low-density layer and higher in density than the low-density layer.
  • the speaker main body may be configured to vibrate by contacting the voice coil with the carbonaceous acoustic diaphragm.
  • the carbonaceous acoustic diaphragm may be held by a flexible film body, and the voice coil may be brought into contact with the film body to vibrate.
  • a low-density and lightweight diaphragm having sufficient rigidity can be directly driven by a digital audio signal, and the vibration of the voice coil can be transmitted to the carbonaceous acoustic diaphragm without loss.
  • a speaker unit that achieves acoustic characteristics can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic overall view of a digital speaker unit according to a first embodiment of the present invention.
  • Typical sectional drawing which shows the structure of the speaker main body in the 1st Embodiment of this invention
  • the schematic diagram which shows the some voice coil arrangement
  • the schematic diagram which shows the relationship between the voice coil in the 1st Embodiment of this invention, a carbonaceous acoustic diaphragm, and a driver circuit.
  • the circuit diagram which shows the relationship between the voice coil and driver circuit in the 1st Embodiment of this invention 1 is a circuit configuration diagram of a delta-sigma modulator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 A) Overall waveform diagram of a digital signal for digitally driving the speaker in the first embodiment of the present invention, (b) Waveform diagram in which a part of the digital signal is enlarged (A) Sectional drawing of the speaker main body which supports a carbonaceous acoustic diaphragm with the flexible film in the 1st Embodiment of this invention, (b) The top view of Fig.8 (a) The figure which shows the cross-section of the speaker main body in the digital speaker unit which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. The figure which shows a mode that the wire for coils in the 2nd Embodiment of this invention is drawn
  • the figure which shows the cross-sectional shape of the wire for coils before and behind roller passing in the 2nd Embodiment of this invention The figure which shows a mode that the wire for coils which was crushed in the 2nd Embodiment of this invention is wound around a winding jig Sectional drawing of the part of the winding jig which wound up the wire for the crushed coil in the 2nd Embodiment of this invention.
  • the figure which shows the drawing-out position of the drawing-out line of the voice coil in the 2nd Embodiment of this invention The block diagram of the speaker main body which formed the convex part in the carbonaceous acoustic diaphragm in the modification of this invention
  • the block diagram of the speaker main body which formed the convex part and the rib part in the carbonaceous acoustic diaphragm in the modification of this invention (A), (b)
  • the figure which shows the modification of the voice coil in the modification of this invention Conceptual diagram of a carbonaceous acoustic
  • One embodiment of the present invention is a digital speaker unit that includes a carbonaceous acoustic diaphragm as a diaphragm of a speaker body, and vibrates the carbonaceous acoustic diaphragm by directly driving a voice coil with a digital signal supplied from a digital sound source. It is.
  • the present invention is suitable for a digital speaker unit, it can also be applied to a driving method using an analog audio signal.
  • FIG. 1 is a schematic overall view of a digital speaker unit according to a first embodiment of the present invention.
  • the digital sound source 10 can be composed of a CD player, a DVD player, or other digital audio reproduction device, and outputs a digital audio signal to the digital speaker unit.
  • the digital speaker unit includes a multi-bit delta sigma modulator 11, a thermometer code converter 12 that converts a digital signal output from the delta sigma modulator 11 into an N-bit thermometer code having no weight, and
  • the driver circuit 13 that controls driving based on the thermometer code and the speaker main body 14 that includes a carbonaceous acoustic diaphragm are the main components.
  • the speaker main body 14 includes a bottomed cylindrical yoke 22 including a center pole 21 having a plate shape at the center, and a magnet 23 disposed at a base end portion of the center pole 21.
  • the magnet 23, the yoke 22, and the center pole 21 constitute a magnetic circuit.
  • the speaker main body 14 is attached to a plurality of voice coils 24 and a distal end portion of the voice coil 24 via a coil bobbin (not shown) that surrounds the center pole 21 with a gap in the magnetic circuit.
  • the outer peripheral edge portion of the carbonaceous acoustic diaphragm 25 is supported by the frame 27 via the edge 26 so as to vibrate.
  • the number N of coils of the plurality of voice coils 24 corresponds to the number N of output bits of the thermometer code conversion unit 12.
  • N unit voice coils (24-1 to 24-N) are independently arranged (FIG. 3), and one end is wound around a coil holding portion 28 connected to the carbonaceous acoustic diaphragm 25. (Fig. 4). It is also possible to employ a structure in which the end portions of the unit voice coils (24-1 to 24-N) are directly connected to one surface of the carbonaceous acoustic diaphragm 25 without using the coil holding portion. Further, as shown in FIG. 5, N unit voice coils (24-1 to 24-N) (three in FIG. 5) have driver circuits 13 (1) to (N) corresponding to the respective lead lines. ) And a drive current flows independently from the corresponding driver circuits 13 (1) to (N). Each unit voice coil (24-1 to 24-N) is configured to be controllable independently from the driver circuits (1) to (N).
  • a current is passed through a voice coil 24 placed in a magnetic circuit constituted by a magnet 23, a yoke 22, and a center pole 21, and a force generated in a direction perpendicular to the magnetic field lines is used for the voice coil 24. Then, the carbonaceous acoustic diaphragm 25 is vibrated to generate sound waves. A current is passed through the voice coil 24 in accordance with each bit value of the digital signal output from the thermometer code converter 12.
  • FIG. 6 is a circuit configuration diagram of the delta-sigma modulator 11.
  • the circuit configuration shown in the figure is an example, and a higher-order delta-sigma modulator can also be used.
  • the digital audio signal expressed by multi-valued input bits is 16 bits
  • the n-bit output from the delta-sigma modulator 11 is 4 bits.
  • the delta sigma modulator 11 basically includes an integrator 31, a quantizer 32, a delay unit 33, and a feedback loop.
  • ⁇ is a feedback gain.
  • the quantization error generated in the quantization is returned to the input terminal by a feedback loop passing through the delay unit 33, and the difference is taken, whereby only the quantization error is integrated.
  • the input is X
  • the output is Y
  • the quantization error is Q
  • the quantizer 32 quantizes the digital audio signal with multi-level bits into a number corresponding to the number n of output bits.
  • the quantization error caused by the quantizer 32 can be eliminated by applying an oversampling method.
  • Oversampling is one of techniques for performing sampling at a frequency sufficiently higher than the signal band.
  • the original signal accuracy can be improved by a noise shaping effect.
  • quantization noise is evenly distributed over all frequencies, but by delta-sigma modulation, unnecessary noise components are shifted to an oversampled high frequency region. Noise in the vicinity of the original signal is suppressed, and the accuracy of the original signal can be improved.
  • the thermometer code conversion unit 12 converts the n-bit output of the delta sigma modulator 11 into an N-bit thermometer code corresponding to the number of voice coils. For example, when converting to an 8-bit thermometer code, the delta-sigma modulator outputs (0010), (0101), and (1000) are transferred to the thermometer codes (00000011), (00011111), and (11111111), respectively. Convert. Since the binary number output from the delta-sigma modulator 11 is a signal having a weight for each bit, it is difficult to perform direct digital driving if the signal is used as it is. By converting, the speaker body 14 can be directly driven by a digital signal.
  • the driver circuit 13 drives the individual unit voice coils 24-1 to 24-N independently based on the thermometer code output from the thermometer code conversion unit 12. Specifically, each unit voice coil 24-1 to 24-N and each bit value of the thermometer code have a one-to-one correspondence, and each bit of the thermometer code from the thermometer code conversion unit 12 A 1-bit signal (ON / OFF) as shown in FIGS. 7A and 7B is output. A current is supplied to the voice coil 24 with the thermometer code “1”, and the voice coil 24 with the thermometer code “0” is driven so that no current flows. The voice coil 24 itself moves in proportion to the current flowing through the voice coil 24, and the carbonaceous acoustic diaphragm 25 coupled to the voice coil 24 vibrates to generate sound.
  • a carbonaceous diaphragm having a porous body containing amorphous carbon and a carbon powder uniformly dispersed in the amorphous carbon and having a porosity of 40% or more is used as the carbonaceous acoustic diaphragm 25.
  • the carbonaceous acoustic diaphragm 25 includes the porous plate as a low density layer, contains amorphous carbon, has a high density layer that is thinner than the low density layer and higher in density than the low density layer. Furthermore, it is preferable to comprise.
  • the number of layers is a two-layer structure of a high-density layer and a low-density layer, a three-layer structure in which both sides of the low-density layer are sandwiched by high-density layers, and conversely, both sides of the high-density layer are sandwiched by low-density layers.
  • Various configurations such as a three-layer structure or a single-layer structure having only a high-density layer are possible.
  • the carbon powder preferably includes carbon nanofibers having a number average diameter of 0.2 ⁇ m or less and an average length of 20 ⁇ m or less.
  • the high-density layer may include graphite that is uniformly dispersed in the amorphous carbon. This carbonaceous acoustic diaphragm desirably has an increase in mass of 5% or less when dried for 250 hours in an environment of temperature 25 ° C. and humidity 60%.
  • carbon powder is uniformly mixed with a carbon-containing resin, the mixture is formed into a film, heated to form a carbon precursor, and a carbonaceous acoustic diaphragm is obtained by carbonizing the carbon precursor in an inert atmosphere.
  • a carbonaceous acoustic diaphragm is obtained by carbonizing the carbon precursor in an inert atmosphere.
  • particles of a drilling material that are solid or liquid at the carbon precursor temperature and disappear at the carbonization temperature and leave pores are premixed in the mixture.
  • a porous body containing amorphous carbon and carbon powder is obtained after the carbonization.
  • a carbon-containing resin layer on at least one surface of the carbon precursor plate, after the carbonization, than the low-density layer and the low-density layer made of the porous body It is preferable to further include a carbonaceous acoustic diaphragm including a high-density layer having a high density.
  • the structure in which both sides of the high-density layer are sandwiched between the low-density layers is obtained by, for example, integrating a carbon precursor layer that includes a punching material on both surfaces of a carbon precursor that does not include a punching material, and integrating them with a resin. Can be obtained.
  • the drilling material particles are spherical.
  • the carbon powder preferably includes carbon nanofibers.
  • the carbon-containing resin layer may include graphite dispersed uniformly therein. The carbonization is desirably performed at a temperature of 1200 ° C. or higher.
  • a mixture of a carbon-containing resin and carbon powder is a solid or liquid at the temperature at which the carbon precursor is formed, and a hole forming material that disappears at the carbonization temperature and leaves pores, for example, polymethyl
  • PMMA methacrylate
  • the perforated material disappears leaving pores having a three-dimensional shape corresponding to the three-dimensional shape. Therefore, the porosity can be easily controlled by controlling the blending ratio of the drilling material, and the three-dimensional shape and size of the pores can be easily selected by selecting the three-dimensional shape and size of the drilling material particles. It can be controlled, and a porous body having a porosity of 40% or more can be realized.
  • the porosity is the percentage of the volume of the pores relative to the volume of the entire porous body including the pores, and is defined as the porosity calculated from the volume and mass of the entire porous body, assuming that the carbon density is 1.5 g / cm 3. To do.
  • the porosity can be set to 60% or more while maintaining the necessary rigidity, and the density of the entire diaphragm is 0.5 g / cm 3 or less.
  • the high-density layer exhibits an effect at about 1 to 30% of the total thickness, and plays a role of high-frequency reproduction with rigidity of Young's modulus of about 100 GPa.
  • the Young's modulus of the low-density layer is about 2 to 3 GPa, making the entire diaphragm lightweight, maintaining the overall sound quality, and improving the vibration response.
  • a multilayer flat speaker diaphragm capable of controlling characteristics, in particular, outputting sounds in the audible range up to the high range is possible.
  • a further required characteristic of the acoustic diaphragm is low hygroscopicity so that it absorbs moisture in the air and becomes heavy and does not change its acoustic characteristics.
  • the structure in which the carbonaceous acoustic diaphragm is held by the frame via the edge is exemplified, but a structure in which the carbonaceous acoustic diaphragm is supported by a flexible film may be used.
  • FIG. 8 (a) is a cross-sectional view of a speaker body that supports a carbonaceous acoustic diaphragm with a flexible film
  • FIG. 8 (b) is a plan view thereof.
  • the yoke 22, the magnet 23, the center pole 21, the voice coil 24, and the frame 27 have the same structure as the speaker body 14 shown in FIG.
  • the carbonaceous acoustic diaphragm 41 is fixed to the inner surface of the flexible film 42.
  • the flexible film 42 has a shape in which a central portion bulges out in a dome shape, and is fixed to an upper surface of a film base 43 having a plate shape.
  • the end of the voice coil 24 is in contact with the outer peripheral edge of the lower surface of the film base 43 so as to transmit vibration.
  • the flexible film 42 is provided with uneven processing for ensuring strength.
  • a digital speaker unit is configured by connecting a digital drive system as shown in FIG. 1 to the speaker body configured as described above.
  • the driving method of the speaker body by the digital audio signal supplied from the digital sound source is as described above.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a digital speaker unit according to the second embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional structure of the speaker body.
  • symbol is attached
  • the speaker body 100 includes a yoke 121, a center piece 122, a magnet 123, a cylindrical voice coil 124, and a carbonaceous acoustic diaphragm 125 that are made of iron pieces and have a U-shaped cross section.
  • the yoke 121 has a bottomed cylindrical body having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the voice coil 124.
  • a yoke wall 121a (121b) rising from the outer peripheral edge of the bottom surface of the yoke 121 faces the outer peripheral surface of the voice coil 124.
  • a center piece 122 is disposed in the internal space of the voice coil 124.
  • a magnet 123 is installed between the lower surface of the center piece 122 and the opposing surface (yoke upper surface) on the yoke 121 side.
  • the magnet 123 has a top surface in contact with the bottom surface of the center piece 122 magnetized to one magnetic pole (for example, N pole), and a bottom surface in contact with the top surface of the yoke 121 is magnetized to the other magnetic pole (for example, S pole).
  • the magnet 123, the yoke 121, and the center piece 122 constitute a magnetic circuit.
  • the shape of the yoke 121 and the center piece 122 in plan view is not particularly limited, but if the yoke 121 has a bottomed cylindrical shape or a square cylindrical shape, the center piece 122 has a circular shape or a rectangular shape with the same shape (similar shape). And the dimension is such that a gap is formed between the yoke wall portions 121a and 121b and the outer periphery of the center piece 122.
  • a voice coil 124 is disposed in a gap formed between the yoke wall 121a (121b) and the outer peripheral edge of the center piece 122.
  • the voice coil 124 is configured by overlapping a plurality of unit voice coils 124-1, 124-2, 124-3 in the radial direction.
  • the number N of the plurality of unit voice coils 124-1, 124-2, 124-3 is made to correspond to the number N of output bits of the thermometer code conversion unit 13.
  • the voice coil 124 is disposed such that at least a part of the voice coil 124 is in a gap between the yoke wall 121a (121b) and the outer peripheral edge of the center piece 122.
  • the unit voice coils 124-1, 124-2, and 124-3 are configured by winding a wire obtained by crushing a conductive wire into an oval cross section and winding it into a cylindrical shape.
  • a carbonaceous acoustic diaphragm 125 is disposed at a position away from the upper surfaces of the yoke 121 and the center piece 122 by a predetermined distance L1.
  • the carbonaceous acoustic diaphragm 125 has a size larger than the outer diameter size of the voice coil 124.
  • the one end of the voice coil 124 is directly bonded to and fixed to the lower surface of the carbonaceous acoustic diaphragm 125. That is, one end of the voice coil 124 is fixed to the carbonaceous acoustic diaphragm 125 side, and the other open end of the voice coil 124 is a free end.
  • the voice coil 124 is attached so that the outermost peripheral position in the radial direction is disposed at a position that enters the inside from the outer peripheral edge of the carbonaceous acoustic diaphragm 125 by a predetermined distance L2.
  • a frame 126 is disposed so as to surround the outer periphery of the yoke 121, the voice coil 124, and the carbonaceous acoustic diaphragm 125.
  • the frame 126 holds the yoke 121 via the support portion 127 having high rigidity, and supports the carbonaceous acoustic diaphragm 125 via the edge 128 having elasticity so as to vibrate. It is desirable that the edge 128 has a function of supporting the carbonaceous acoustic diaphragm 125 so as to freely vibrate and a damper function of suppressing the vibration of the carbonaceous acoustic diaphragm 125 from continuing.
  • the outermost peripheral portion in the radial direction of the voice coil 124 is located at a position that enters the inside from the outer peripheral edge of the carbonaceous acoustic diaphragm 125 by a predetermined distance L2.
  • the diaphragm 128 side end portion of the edge 128 is in a range from the outer peripheral edge portion of the carbonaceous acoustic diaphragm 125 to the distance L2 where the one open end portion of the voice coil 124 is not in direct contact.
  • a mounting portion 129 is secured to fix. That is, the edge 128 of the edge 128 is fixed to the attachment portion 129 and the end of the frame is fixed to a part of the frame 126.
  • the manufacturing process of the voice coil 124 will be described with reference to FIGS.
  • the coil wire 42 wound around the drum 41 is fed out and crushed through a pair of rollers 43a and 43b.
  • the cross-sectional shape of the coil wire 42a after passing through the roller is deformed from a perfect circle to an oval.
  • the coil wire 42 a whose cross-sectional shape is deformed into an oval shape is wound using the winding jig 44 so as to have a cylindrical shape of the voice coil 124.
  • the unit voice coil 124-3 located on the innermost side is wound around the winding jig 44 first.
  • the winding portion 44 a of the winding jig 44 is preferably the same shape as the radial cross-sectional shape of the voice coil 124.
  • an oval is schematically illustrated, but an arbitrary shape can be obtained by using a winding part 44a having a cross-sectional shape such as a circular shape, an elliptical shape, or a rectangular shape.
  • the winding width can be adjusted by replacing the insertion type winding portion 44a.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in the middle of winding using the winding jig 44.
  • the coil wire 42a that has been crushed in an oval shape is wound so that the crushing surface of the coil wire 42a is on the winding surface side of the winding portion 44a, and is dense so that there is no gap between the coil wires 42a adjacent in the rotation axis direction. Winding.
  • the unit voice coil wound by the cylinder shape can be obtained so that the long-axis direction of the said wire cross section may contact
  • the coil wire 42a constituting the unit voice coil 124-2 located in the middle is wound around the outer peripheral surface of the unit voice coil 124-3 located on the innermost side in the same manner as the unit voice coil 124-3. Turn. At this time, the coil wire 42a is crushed into an oval cross section, and the crushed planes are brought into contact with each other and laminated, so that the wires can be laminated without collapsing.
  • the winding operation of the unit voice coil 124-2 positioned in the middle is completed, the winding operation of the unit voice coil 124-1 positioned on the outermost side is similarly performed.
  • the unit voice coil on the small diameter side is sequentially placed on the unit voice coil on the large diameter side. It becomes the inserted structure.
  • the coil wires are densely arranged in the direction orthogonal to the radial direction, and the unit voice coil Are preferably integrated. Therefore, in order to integrate the unit voice coil, it is desirable to harden the entire coil with, for example, a curable resin after winding the coil wire.
  • the voice coil 124 in which the unit voice coils 124-1, 124-2, 124-3 for a plurality of channels are integrated is obtained.
  • the voice coil 124 is bonded and fixed in a state where one open end of the voice coil 124 is in contact with the lower surface of the carbonaceous acoustic diaphragm 125.
  • each unit voice coil having a different inner diameter is produced one by one.
  • Each unit voice coil is hardened with curable resin. Thereafter, the unit voice coil having the next smallest inner diameter is inserted inside the unit voice coil having the larger outer diameter, and a plurality of unit voice coils having different inner diameters are combined to form one voice coil 124.
  • the tension of the lead wire drawn out from the unit voice coils 124-1, 124-2, 124-3 has a great influence on the vibration characteristics of the carbonaceous acoustic diaphragm 125. give.
  • the carbon acoustic diaphragm 125 is reduced in size and weight, the influence of the lead wire on the vibration characteristics increases.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing a lead wire arrangement in the voice coil 124 having six unit voice coils. Two lead lines are drawn from each of the six unit voice coils 124-1 to 124-6. As shown in the figure, in the case of the rectangular carbonaceous acoustic diaphragm 125, two unit voice coils (124-1, 124-2) (124-4, 124-5) are respectively provided from each long side. Thus, a total of four lead lines are drawn, and two lead lines are drawn from one unit voice coil 124-3 and 124-6 from each short side.
  • the speaker main body 100 has a structure in which one end of the voice coil 124 is in direct contact with the carbonaceous acoustic diaphragm 125, so that the voice coil 124 corresponds to the digital audio signal. Excited vibration is transmitted to the carbonaceous acoustic diaphragm 125 without loss. That is, the vibration excited by the voice coil 124 that can be digitally driven can be transmitted to the carbonaceous acoustic diaphragm 125 with high efficiency, so that a digital speaker capable of outputting a sound faithfully reproduced from a digital audio signal can be realized.
  • the voice coil 124 since one end of the voice coil 124 is in direct contact with the carbonaceous acoustic diaphragm 125, the heat (joule heat) generated in the voice coil 124 is transmitted to the carbonaceous acoustic diaphragm 125 and efficiently radiated. That is, according to the present embodiment, the carbonaceous acoustic diaphragm 125 having excellent heat conduction characteristics can act as a heat radiating plate of the voice coil 124. As a result, characteristic deterioration due to heat generation of the voice coil 124 can be prevented, and simplification of the configuration can be achieved by simplifying heat dissipation measures.
  • the carbonaceous acoustic diaphragm 125 Since the carbonaceous acoustic diaphragm 125 is supported by the frame 126 via the edge 128 having a damper function, the carbonaceous acoustic diaphragm 125 vibrates corresponding to the digital data, but it adversely affects the vibration caused by the subsequent audio data. Therefore, the vibration corresponding to the digital data is quickly absorbed by the edge 128.
  • the diaphragm side end portion of the edge 128 having a damper function is fixed to a mounting portion 129 that is out of the contact position of the voice coil 124. Therefore, the vibration that the voice coil 124 gives to the carbonaceous acoustic diaphragm 125 is directly absorbed by the edge 128 having a damper function and the carbonaceous acoustic diaphragm 125 becomes difficult to bend, and the carbonaceous acoustic diaphragm can be avoided. The deterioration of the vibration characteristics of 125 can be minimized.
  • the voice coil 124 is formed by crushing the coil wire 42 into an oval cross section and winding the plane side in multiple layers, so that when the plurality of unit voice coils 124-1 to 124-3 are stacked in multiple layers, The difference between the inner diameter and the outer diameter of the entire voice coil can be suppressed to a small size.
  • FIG. 15 shows an example in which a convex portion for adjusting the height position of the voice coil is formed on the carbonaceous acoustic diaphragm.
  • the circuit configuration of the drive system can be the same as that of the above-described embodiment.
  • the voice coil 124 If at least a part of the voice coil 124 is interposed in the gap formed between the yoke walls 121a and 121b and the outer peripheral edge of the center piece 122, a certain amount of magnetic flux can cross the voice coil 124.
  • the central portion of the voice coil 124 so as to be at the gap position, the number of magnetic fluxes traversing the voice coil 124 is maximized, and the maximum stress is generated by passing a current through the voice coil 124. That is, as shown in FIG. 15, the arrangement in which the central portion of the voice coil 124 is at the gap position can vibrate the carbonaceous acoustic diaphragm 51 most efficiently.
  • the maximum stroke has a certain margin.
  • the voice coil 124 there is a limit in adjusting the positional relationship between the voice coil 124 and the gap position by adjusting the distance between the carbonaceous acoustic diaphragm 51 (lower surface) and the center piece 122 (upper surface).
  • the central portion of the voice coil 124 can be arranged at the gap position.
  • a convex portion 52 is formed by projecting the voice coil mounting portion of the carbonaceous acoustic diaphragm 51, and one end portion of the voice coil 124 is bonded and fixed to the convex portion 52.
  • the height D1 of the convex portion 52 is adjusted to a dimension in which the central portion of the voice coil 124 is the gap position. In FIG. 15, the position at a distance D2 from one end of the voice coil 124 is the center.
  • the convex portion 52 is formed on the carbonaceous acoustic diaphragm 51, the weight increases by the amount of the convex portion 52. Therefore, the convex portion 52 can be hollowed out to suppress an increase in weight. Alternatively, the thickness d1 of the carbonaceous acoustic diaphragm 51 in a portion other than the convex portion 52 may be reduced to suppress an increase in the total weight.
  • the convex part 52 which protrudes the voice coil attachment part in the carbonaceous acoustic diaphragm 51 is formed, and the central part of the voice coil 124 is arranged so as to come to the gap position.
  • the number of magnetic fluxes passing through 124 can be maximized, and the carbonaceous acoustic diaphragm 51 can be vibrated most efficiently.
  • 17 (a) and 17 (b) are diagrams showing a modification of the speaker main body in which the lamination direction of the wires constituting the voice coil is changed.
  • 9A has the same basic structure as the speaker main body 100 shown in FIG. 9
  • FIG. 10B has the same basic structure as the speaker main body 100 shown in FIG.
  • the speaker main body shown in FIGS. 17A and 17B has a coil wire in which the unit voice coils 60-1, 60-2, 60-3 constituting the voice coil 124 are crushed into an oval shape. It is configured by laminating so that the planes are stacked. Each unit voice coil is produced by winding it around the winding portion 44a of the winding jig 44 so that the flat portions of the crushed coil wires are overlapped. As a result, the individual unit voice coils are arranged in close contact with the coil wires, so that the loss when transmitting the vibration excited by the voice coil 124 to the carbonaceous acoustic diaphragm 51 is further suppressed.
  • each unit voice coil reduces the number of radial overlaps (one time) so that the yoke end portions 121a and 121b and the outer periphery of the center piece 122 are separated. It is possible to prevent the gap between them from increasing.
  • the structure in which the carbonaceous acoustic diaphragm is held by the frame via the edge is exemplified, but a structure in which the carbonaceous acoustic diaphragm is held by a flexible film may be used.
  • the open end of the carbonaceous acoustic diaphragm is fixed to the film plane of the flexible film, and the flexible film is fixed to the frame through the edge so as to be capable of vibrating. Since the carbonaceous acoustic diaphragm is arranged at the center of the flexible film, it can be called a center plate system.
  • one end of the voice coil 124 is directly brought into contact with a flexible film to vibrate.
  • Example 1 Example of three layers in which both surfaces of a low-density layer are covered with a high-density layer 35% by mass of a vinyl chloride resin as an amorphous carbon source, carbon nanofiber 1.4 having an average particle size of 0.1 ⁇ m and a length of 5 ⁇ m
  • diallyl phthalate monomer as a plasticizer
  • PMMA as a hole forming material for pore formation for mass%
  • dispersed using a Henschel mixer
  • the pellets of the molding composition were formed into a sheet-like molded product having a thickness of 400 ⁇ m by extrusion molding, and further, furan resin was coated on both sides and cured to obtain a multilayer sheet.
  • This multilayer sheet was treated in an air oven at 200 ° C. for 5 hours to obtain a precursor (carbon precursor). Thereafter, the temperature was increased in nitrogen gas at a temperature increase rate of 20 ° C./h, and the temperature was maintained at 1000 ° C. for 3 hours. After natural cooling, after holding in vacuum at 1400 ° C. for 3 hours, natural cooling was performed to complete firing. Accordingly, as conceptually shown in FIG.
  • the porosity of the low density layer 116 of the acoustic diaphragm thus obtained was 70%, and the number average pore diameter was 60 ⁇ m.
  • the entire diaphragm had excellent physical properties such as a thickness of about 350 ⁇ m, a bending strength of 25 MPa, a Young's modulus of 8 GPa, a sound velocity of 4200 m / sec, a density of 0.45 g / cm 3 , and a hygroscopicity of 1% by mass or less.
  • the speed of sound was calculated from the measured values of density and Young's modulus (the same applies hereinafter).
  • the hygroscopicity is a mass increase rate (%) when dried at 100 ° C. for 30 minutes and then left in an environment at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 60%.
  • FIG. 19 shows the relationship between elapsed time and mass change rate.
  • Comparative Example 1 the result when the final firing (carbonization) temperature is 1000 ° C. is also shown.
  • a diaphragm with low hygroscopicity in which the increase in mass after 250 hours is 5% or less can be obtained.
  • Example 2 Example in which filler (graphite) is put in high-density layer 35% by mass of vinyl chloride resin as an amorphous carbon source, 1.4% by mass of carbon nanofibers having an average particle size of 0.1 ⁇ m and a length of 5 ⁇ m Then, after adding diallyl phthalate monomer as a plasticizer to a composition in which PMMA is combined as a hole forming material for pore formation and dispersing it using a Henschel mixer, it is sufficiently kneaded using a pressure kneader. The composition was repeatedly obtained and pelletized by a pelletizer to obtain a molding composition.
  • diallyl phthalate monomer as a plasticizer
  • the molding composition pellets are formed into a sheet-like molded product having a thickness of 400 ⁇ m by extrusion molding. Further, 5% by mass of graphite (SP270 made from Nippon Graphite) having an average particle size of about 4 ⁇ m is dispersed in a furan resin, and a curing agent is added. The solution was coated on both sides and cured to obtain a multilayer sheet. This multilayer sheet was treated in an air oven at 200 ° C. for 5 hours to obtain a precursor (carbon precursor). Thereafter, the temperature was increased in nitrogen gas at a temperature increase rate of 20 ° C./h, and the temperature was maintained at 1000 ° C. for 3 hours. After natural cooling, after holding in a vacuum at 1500 ° C. for 3 hours, natural cooling was completed to complete firing, and a composite carbon diaphragm was obtained.
  • graphite SP270 made from Nippon Graphite
  • the porosity of the low density layer of the acoustic diaphragm thus obtained was 70%, and the number average pore diameter was 60 ⁇ m.
  • the entire diaphragm had excellent physical properties such as a thickness of about 350 ⁇ m, a bending strength of 23 MPa, a Young's modulus of 5 GPa, a sound velocity of 3333 m / sec, and a density of 0.45 g / cm 3 .
  • Example 3 Example of porous body only 50% porosity Single layer molded body As a carbon source, 54 mass% of vinyl chloride resin, carbon nanofibers having an average particle diameter of 0.1 ⁇ m and a length of 5 ⁇ m, 1.4 mass %, After adding a diallyl phthalate monomer as a plasticizer to a composition in which PMMA is combined as a hole forming material for pore formation and dispersing it using a Henschel mixer, it is sufficiently kneaded using a pressure kneader Was repeated to obtain a composition, which was pelletized with a pelletizer to obtain a molding composition. Using this pellet, a film-like extrusion molding having a thickness of 400 ⁇ m was performed.
  • This film was treated in an air oven heated to 200 ° C. for 5 hours to obtain a precursor (carbon precursor). Thereafter, the temperature was increased in nitrogen gas at a temperature increase rate of 20 ° C./hour or less, and the temperature was maintained at 1000 ° C. for 3 hours. After natural cooling, after holding at 1500 ° C. for 3 hours in a vacuum atmosphere, natural cooling was performed to complete the firing, and a composite carbon diaphragm was obtained.
  • the porous acoustic diaphragm thus obtained has a porosity of 50%, a pore diameter of 60 ⁇ m, a thickness of about 350 ⁇ m, a bending strength of 29 MPa, a Young's modulus of 7 GPa, a sound velocity of 3055 m / sec, a density of 0.75 g / cm 3 , And had excellent physical properties.
  • the voice coil 24 provided in the digital speaker unit is composed of six voice coils, and the delta-sigma modulator 11 converts a 16-bit digital audio signal into 4 bits and outputs a thermometer code output from the thermometer code converter 12. Has a 6-bit configuration.
  • FIG. 20 shows frequency characteristics when the diaphragm obtained in Example 1 is used. As shown in the figure, in the case of only the carbonaceous diaphragm, a very flat characteristic can be realized from about 700 Hz to 20 kHz which is said to be the upper limit of the audible frequency range. With the frequency characteristics shown in FIG. 20, it is possible to reproduce extremely good quality sound quality. In addition, a peak sound pressure of 85 dBspl or more can be realized.
  • a low-density and light-weight carbonaceous acoustic diaphragm having sufficient rigidity is directly driven by a digital audio signal. Sound characteristics can be realized.

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Abstract

　低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する振動板をデジタル音声信号で直接駆動して、ボイスコイルの振動をロスなく炭素質音響振動板に伝えることができるスピーカユニットを実現すること。炭素質音響振動板（２５）を備えたスピーカ本体（１４）と、デジタル音源（１０）から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換するデルタシグマ変調器（１１）及び温度計コード変換部（１２）と、デジタル信号のビット数に対応して複数設けられ前記炭素質音響振動板（２５）をそれぞれ振動させる複数のボイスコイル（２４）と、デジタル信号に基づいて各ボイスコイル（２４）を個別に駆動するドライバ回路（１３）とを具備したデジタルスピーカユニットである。

Description

スピーカユニット
　本発明は、音声再生用のスピーカユニットに関し、特にデジタルの音声信号により直接駆動されるスピーカユニットに関する。
　従来、デジタルの音声信号を、アナログ信号に変換せずに、直接スピーカに供給して再生を行うデジタルスピーカが開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のデジタルスピーカは、ボイスコイルボビンに巻回された複数のボイスコイルのそれぞれに、デジタル信号の各ビットに対応する駆動力が発生するように重み付けし、各ボイスコイルに印加する一定電圧の極性をデジタル信号の各２ビットの２値に応じて切り替えることにより、ボイスコイルに流れる電流の方向が２値に応じて設定されるようにしたものである。この構成により、デジタル信号の量子化に対応した比率で駆動力を発生させることができる。
　また、デジタル信号から高い品質のアナログ信号を生成するデジタルアナログ変換装置をデジタルスピーカの駆動装置に適用し、再生音声品質の改善、回路規模の縮小を実現したスピーカユニットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のスピーカユニットは、デルタシグマ変調器のｎビット出力をフォーマッターにより温度計コードに変換し、後置フィルタでミスマッチシェーピング処理を行い、その出力をバッファ回路に入力し、バッファ回路から出力されるデジタル信号でコイルを制御して磁場を加算することが記載されている（段落００６３、００７８参照）。
　一方、各種音響機器や映像機器、携帯電話等のモバイル機器等に使用されているスピーカの振動板には、広範囲な周波数帯域、特に高音域において明瞭な音を忠実に再生できる性質が要求される。そのため振動板の材質には、振動板に充分な剛性を付与すべく弾性率が高いことと、振動板を軽量化すべく密度が低いこと、という一見相反する性質が求められる。特に、近年注目されているデジタルスピーカ用の振動板には、振動応答性への要請から、これらの性質が強く求められている。
特開平４－３２６２９１号公報 国際公開第２００７／１３５９２８号パンフレット
　したがって本発明の目的は、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する振動板をデジタル音声信号で直接駆動して、ボイスコイルの振動をロスなく炭素質音響振動板に伝えることができ、良好な音響特性を実現するスピーカユニットを提供することである。
　本発明のスピーカユニットは、炭素質音響振動板と、導電性ワイヤーを筒状に巻回してなり一方の開口端部が前記炭素質音響振動板に直接当接された状態で固定されたボイスコイルと、前記筒状のボイスコイルを径方向に貫く磁束を発生させる磁束発生手段と、前記ボイスコイルに音声信号に対応した駆動電流を供給する駆動手段と、を具備したことを特徴とする。
　この構成によれば、ボイスコイルの一端部が炭素質音響振動板に直接当接する構造であるので、音声信号に対応してボイスコイルに励起された振動がロスなく炭素質音響振動板に伝えられる。ボイスコイルの振動を高効率で炭素質音響振動板に伝えられることから、音声信号を忠実に再生した音を出力可能なスピーカを実現できる。
　また本発明は、上記スピーカユニットにおいて、前記ボイスコイルは、デジタル信号のビット数に対応した複数個の単位ボイスコイルで構成され、前記複数個の単位ボイスコイルの径寸法を異ならせて、大径側の単位ボイスコイルに小径側の単位ボイスコイルを順次挿入してなり、前記駆動手段は、前記各単位ボイスコイルをデジタル信号の各ビット値に基づいて個別に駆動することを特徴とする。
　この構成によれば、炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体をデジタル信号で直接駆動するので、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する炭素質音響振動板の特性を利用して良好な音響特性を実現できる。
　また本発明は、上記スピーカユニットにおいて、前記各単位ボイスコイルは、断面長円状に加工された導電性ワイヤーを、コイル径方向と直交する方向に隣接する隣接ワイヤー間で当該ワイヤー断面の長軸方向が密に接するように筒状に巻回してなることを特徴とする。
　この構成によれば、複数の単位ボイスコイルを径方向に多層化した場合であってもボイスコイル全体でのコイル径方向のコイル厚さ（１層又は多層）を抑制することができ、ボイスコイルに磁束を通過させるためにボイスコイルを配置するギャップを狭くでき、磁気損失を低減できる。
　また本発明は、上記スピーカユニットにおいて、前記各単位ボイスコイルは、断面長円状に加工された導電性ワイヤーを、コイル径方向と直交する方向に隣接する隣接ワイヤー間で当該ワイヤー断面の短軸方向が密に接するように筒状に巻回してなることを特徴とする。
　この構成によれば、単位ボイスコイルを構成する導電性ワイヤーは隣接ワイヤー間で当該ワイヤー断面の短軸方向が密に接するので、ボイスコイルに励起された振動を炭素質音響振動板へ伝える際のロスがさらに抑制される。
　また本発明は、上記スピーカユニットにおいて、前記炭素質音響振動板は、前記ボイスコイルの開口端部が固定された第１の主面と、該第１の主面とは反対側の第２の主面とを有し、前記ボイスコイルは前記開口端部の最外周位置が振動板外周縁部よりも内側にずれた位置に配置され、前記第２の主面であって前記ボイスコイルの開口端部の固定位置とは重ならない振動板外周縁部に当該炭素質音響振動板を振動自在に支持する支持部材の一端部が固定されたことを特徴とする。
　この構成によれば、ボイスコイル固定位置とは重ならない振動板外周縁部に当該炭素質音響振動板を振動自在に支持する支持部材の一端部が固定されるので、ボイスコイルが炭素質音響振動板に与える振動を、支持部材が直接吸収して炭素質音響振動板が撓みづらくなる不具合を回避でき、炭素質音響振動板の振動特性の劣化を最小限に抑えることができる。
　また本発明は、上記スピーカユニットにおいて、前記磁束発生手段は、前記炭素質音響振動板に固定された前記ボイスコイルの外周面と対向する端部を有するヨークと、前記前記ボイスコイルの他方の開口端部からコイル内部に挿入され前記ヨークの対向する端部との間にギャップを形成するセンターピースと、前記センターピースと前記ヨークとの間に設けられ前記センターピース側を一方の磁極とし前記ヨーク側を他方の磁極とする永久磁石とを備え、前記炭素質音響振動板は、前記ボイスコイルの開口端部が固定された第１の主面と、該第１の主面とは反対側の第２の主面と、前記第１の主面における前記ボイスコイルの開口端部固定箇所に形成された凸部とを有し、前記凸部は前記ボイスコイルの中心部が前記ヨークの端部と前記センターピースの間のギャップ位置となる高さを有することを特徴とする。
　この構成によれば、ボイスコイルの中心部がギャップ位置に来るように配置することで、ボイスコイルを横切る磁束数が最大になり、ボイスコイルに電流を流すことで最大の応力が生じる。すなわち、最も効率よく炭素質音響振動板を振動させることができる。
　上記スピーカユニットにおいて、前記各単位ボイスコイルに接続される引き出し線の引き出し位置を、前記炭素質音響振動板外周に均等に分散することが望ましい。単位ボイスコイルから引き出される引き出し線のテンションが炭素質音響振動板の振動特性に大きな影響を与えるところ、引き出し線の引き出し位置を、前記炭素質音響振動板外周に均等に分散することで、炭素質音響振動板の振動特性を劣化させない引き出し構造を実現できる。
　また本発明は、上記スピーカユニットにおいて、前記駆動手段は、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、前記デルタシグマ変調器から出力されるデジタル信号に基づいて前記各ボイスコイルを個別に駆動することを特徴とする。
　この構成により、デルタシグマ変調器を備えることにより、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換する過程で生じる量子化ノイズをノイズシェーピング効果により排除できると共に、オーバーサンプリング法により量子化誤差を抑圧する構成をとることも可能となる。
　また本発明は、上記スピーカユニットにおいて、前記駆動手段は、前記デルタシグマ変調器の出力する所定ビットのデジタル信号を、前記ボイスコイルの個数に対応したビット数の温度計コードに変換する温度計コード変換部を備えることを特徴とする。
　この構成により、デルタシグマ変調器から出力される２進数がビット毎に重みのある信号であるため、そのままの信号を使用したのではデジタル直接駆動が困難であるが、各ビットに重みの無い温度計コードに変換することで、スピーカ本体を直接デジタル信号で駆動できる。
　上記スピーカユニットにおいて、前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体で構成しても良い。
　また上記スピーカユニットにおいて、前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体からなる低密度層と、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層とを具備する構成にできる。
　また上記スピーカユニットにおいて、前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させる構成としても良い。または、前記炭素質音響振動板を可撓性のフィルム体で保持し、該フィルム体に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させる構成としても良い。
　本発明によれば、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する振動板をデジタル音声信号で直接駆動して、ボイスコイルの振動をロスなく炭素質音響振動板に伝えることができ、良好な音響特性を実現するスピーカユニットを提供できる。
本発明の第１の実施の形態に係るデジタルスピーカユニットの概略的な全体図 本発明の第１の実施の形態におけるスピーカ本体の構造を示す模式的な断面図 本発明の第１の実施の形態における複数のボイスコイル配置を示す模式図 本発明の第１の実施の形態におけるボイスコイルと炭素質音響振動板とドライバ回路との関係を示す模式図 本発明の第１の実施の形態におけるボイスコイルとドライバ回路との関係を示す回路図 本発明の第１の実施の形態におけるデルタシグマ変調器の回路構成図 （ａ）本発明の第１の実施の形態におけるスピーカをデジタル直接駆動するデジタル信号の全体波形図、（ｂ）デジタル信号の一部を拡大した波形図 （ａ）本発明の第１の実施の形態における可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持するスピーカ本体の断面図、（ｂ）図８（ａ）の平面図 本発明の第２の実施の形態に係るデジタルスピーカユニットにおけるスピーカ本体の断面構造を示す図 本発明の第２の実施の形態におけるコイル用ワイヤーをドラムから繰り出してローラ間に通す様子を示す図 本発明の第２の実施の形態におけるローラ通過前後におけるコイル用ワイヤーの断面形状を示す図 本発明の第２の実施の形態における押しつぶしたコイル用ワイヤーを巻き冶具に巻き取る様子を示す図 本発明の第２の実施の形態における押しつぶしたコイル用ワイヤーを巻き取った巻き冶具の一部の断面図 本発明の第２の実施の形態におけるボイスコイルの引き出し線の引き出し位置を示す図 本発明の変形例における炭素質音響振動板に凸部を形成したスピーカ本体の構成図 本発明の変形例における炭素質音響振動板に凸部およびリブ部を形成したスピーカ本体の構成図 （ａ）、（ｂ）本発明の変形例におけるボイスコイルの変形例を示す図 本発明の実施例に係る低密度層と高密度層を有する炭素質音響振動板の概念図 本発明の実施例に係る経過時間と質量変化率の関係を示す炭素質音響振動板の特性図 本発明の実施例に係る炭素質音響振動板のみの場合のデジタルスピーカの周波数特性図
　以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
　本発明の一実施の形態は、スピーカ本体の振動板として炭素質音響振動板を備え、デジタル音源から供給されるデジタル信号でボイスコイルを直接駆動して炭素質音響振動板を振動させるデジタルスピーカユニットである。なお、本発明はデジタルスピーカユニットに好適であるが、アナログ音声信号による駆動方式にも適用可能である。
（第１の実施の形態）
　図１は本発明の第１の実施の形態に係るデジタルスピーカユニットの概略的な全体図である。
　図１においてデジタル音源１０は、ＣＤプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、その他のデジタル形式の音声再生デバイスで構成することができ、デジタルスピーカユニットに対してデジタル音声信号を出力する。
　本実施の形態のデジタルスピーカユニットは、マルチビットのデルタシグマ変調器１１と、デルタシグマ変調器１１の出力するデジタル信号を重みの無いＮビットの温度計コードに変換する温度計コード変換部１２と、温度計コードに基づいて駆動制御するドライバ回路１３と、炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体１４とを主な構成要素としている。
　図２を参照して、スピーカ本体１４の構造を説明する。
　スピーカ本体１４は、中心部に板状をなすセンターポール２１を備える有底筒状のヨーク２２と、センターポール２１の基端部に配されたマグネット２３とを備える。このマグネット２３とヨーク２２とセンターポール２１とによって磁気回路を構成している。また、スピーカ本体１４は、磁気回路内に、このセンターポール２１の外周に隙間を有して取り囲む不図示のコイルボビンを介して複数のボイスコイル２４と、このボイスコイル２４の先端部に取り付けられた炭素質音響振動板２５とを備える。炭素質音響振動板２５の外周縁部はエッジ２６を介してフレーム２７に振動可能に支持されている。複数のボイスコイル２４のコイル数Ｎは温度計コード変換部１２の出力ビット数Ｎに対応させている。
　図３～図５にスピーカ駆動系の概念図を示す。Ｎ個の単位ボイスコイル（２４－１～２４－Ｎ）は独立して配置されており（図３）、一端が炭素質音響振動板２５に連結されたコイル保持部２８にそれぞれ巻回されている（図４）。なお、コイル保持部２８を用いることなく、単位ボイスコイル（２４－１～２４－Ｎ）の端部を炭素質音響振動板２５の一方の面に直接的に連結させる構造とすることもできる。また、図５に示すように、Ｎ個（図５では３個）の単位ボイスコイル（２４－１～２４－Ｎ）は、それぞれの引き出し線が各々対応するドライバ回路１３（１）～（Ｎ）に接続されており、各々対応するドライバ回路１３（１）～（Ｎ）から独立して駆動電流が流される。各単位ボイスコイル（２４－１～２４－Ｎ）はドライバ回路（１）～（Ｎ）から独立して制御可能に構成されている。
　上記スピーカ本体１４では、マグネット２３とヨーク２２とセンターポール２１とによって構成された磁気回路中に置かれたボイスコイル２４に電流を流し、ボイスコイル２４に対して磁力線と直交方向に生じる力を利用して炭素質音響振動板２５を振動させて音波を発生させる。ボイスコイル２４には、温度計コード変換部１２から出力されるデジタル信号の各ビット値に応じて電流が流される。
　図６はデルタシグマ変調器１１の回路構成図である。なお、同図に示す回路構成は一例であり、さらに高次のデルタシグマ変調器を用いることもできる。ここでは、多値入力ビットで表現されたデジタル音声信号を１６ビットとし、デルタシグマ変調器１１からのｎビット出力を４ビットとする。
　デルタシグマ変調器１１は、基本的には積分器３１、量子化器３２、遅延器３３、およびフィードバックループを備えて構成されている。τはフィードバックゲインである。デルタシグマ変調器１１に入力された多値ビット（例えば１６ビット）は積分器３１を通り量子化器３２でｎビット（例えば９値＝４ビット）に変換される。量子化の際に発生する量子化誤差は遅延器３３を通るフィードバックループで入力端へ戻され差分をとることで、量子化誤差だけが積分される。入力をＸ、出力をＹ、量子化誤差をＱとすると、関係式はＹ＝Ｘ＋（１－Ｚ－１）Ｑで表わされる。量子化誤差Ｑに乗算されている伝達関数（１－Ｚ－１）は周波数特性を有しており、直流付近で小さくなるので、この特性が後述するノイズシェーピング効果となる。
　デルタシグマ変調器１１では、量子化器３２によって多値ビットのデジタル音声信号を出力ビット数ｎに対応した数に量子化している。量子化器３２によって生じる量子化誤差はオーバーサンプリング手法を適用することで解消できる。オーバーサンプリングとは、信号帯域よりも十分に高い周波数でサンプリングを行う手法の一つのことである。また、デルタシグマ変調の場合、ノイズシェーピング効果により原信号精度を改善できる。すなわち、量子化器を使って量子化を行うと、全周波数に均等に量子化ノイズが分布するが、デルタシグマ変調によって、不要なノイズ成分は、オーバーサンプリングした高い周波数領域にシフトすることで、原信号付近のノイズが押さえられ、原信号の精度を改善できる効果がある。
　温度計コード変換部１２は、デルタシグマ変調器１１のｎビット出力を、ボイスコイル数に対応したＮビットの温度計コードに変換する。たとえば、８ビットの温度計コードに変換する場合であれば、デルタシグマ変調器出力（００１０）、（０１０１）、（１０００）を、それぞれ温度計コード（００００００１１）、（０００１１１１１）、（１１１１１１１１）へ変換する。デルタシグマ変調器１１から出力される２進数がビット毎に重みのある信号であるため、そのままの信号を使用したのではデジタル直接駆動が困難であるが、各ビットに重みの無い温度計コードに変換することで、スピーカ本体１４を直接デジタル信号で駆動できる。
　ドライバ回路１３は、温度計コード変換部１２から出力される温度計コードに基づいて個々の単位ボイスコイル２４－１～２４－Ｎを独立に駆動する。具体的には、各単位ボイスコイル２４－１～２４－Ｎと温度計コードの各ビット値とが１対１で対応しており、温度計コード変換部１２から温度計コードのビット毎に、図７（ａ）、（ｂ）に示すような１ビット信号（ＯＮ／ＯＦＦ）が出力される。温度計コード「１」のボイスコイル２４には電流を流し、温度計コード「０」のボイスコイル２４には電流が流れないように駆動する。ボイスコイル２４に流れる電流に比例して当該ボイスコイル２４自身が動き、そのボイスコイル２４に結合した炭素質音響振動板２５が振動して、音声が生成される。
　次に、本実施の形態で用いられる炭素質音響振動板２５の構造及び製造方法について詳しく説明する。
　本発明のデジタルスピーカユニットでは、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体を有する炭素質振動板を炭素質音響振動板２５として用いることができる。この炭素質音響振動板２５は、前記多孔体の板を低密度層として具備し、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層をさらに具備することが好適である。
　ここで、層の数は、高密度層と低密度層の２層構造、低密度層の両面を高密度層で挾む３層構造、逆に、高密度層の両面を低密度層で挾む３層構造、さらに高密度層だけの１層構造等、様々な構成が可能である。
　前記多孔体の気孔の形状が球状であり、その数平均気孔径が５μｍ以上１５０μｍ以下であることが望ましい。前記炭素粉末は数平均径が０．２μｍ以下であり、平均長さが２０μｍ以下であるカーボンナノ繊維を含むことが望ましい。前記高密度層は、前記アモルファス炭素中に均一に分散した黒鉛を含む場合がある。この炭素質音響振動板は、乾燥後、温度２５℃、湿度６０％の環境に２５０時間放置したときの質量の増加が５％以下であることが望ましい。
　また、炭素含有樹脂に炭素粉末を均一に混合し、混合物をフィルム状に成形し加熱して炭素前駆体とし、炭素前駆体を不活性雰囲気中で炭素化する方法を用いて炭素質音響振動板の製造をすることができる。かかる炭素質音響振動板の製造方法において、前記炭素前駆体化の温度においては固体または液体であり、前記炭素化の温度において消失して気孔を残す穴開け材の粒子を前記混合物に予め混合することによって、前記炭素化後においてアモルファス炭素と炭素粉末とを含む多孔体とする。
　前記炭素化の前において、前記炭素前駆体の板の少なくとも一方の面に炭素含有樹脂の層を形成することによって、前記炭素化後において、前記多孔体からなる低密度層と低密度層よりも密度が高い高密度層を含む炭素質音響振動板とすることをさらに含むことが好適である。なお、高密度層の両面を低密度層で挟む構造は、例えば、穴開け材を含まない炭素前駆体の両面に穴開け材を含む炭素前駆体の層を樹脂で接着して一体化して炭素化することにより得られる。
　前記穴開け材の粒子は球状であることが望ましい。前記炭素粉末はカーボンナノ繊維を含むことが望ましい。前記炭素含有樹脂の層は、その中に均一に分散した黒鉛を含む場合がある。前記炭素化は、１２００℃以上の温度で行なわれることが望ましい。
　以上のように、炭素含有樹脂と炭素粉末との混合物に、炭素前駆体化するときの温度においては固体または液体であり、炭素化の温度において消失して気孔を残す穴開け材、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の粒子を混合することにより、炭素化の過程において、この穴開け材はその立体的形状に応じた立体的形状の気孔を残して消失する。したがって、穴開け材の配合比を制御することで気孔率を容易に制御することができ、穴開け材の粒子の立体的形状およびサイズを選択することで気孔の立体的形状およびサイズを容易に制御することができ、気孔率４０％以上の多孔体を実現することができる。
　なお、気孔率とは気孔を含む多孔体全体の体積に対する気孔の体積の百分率であり、炭素の密度を１．５ｇ／ｃｍ３として、多孔体全体の体積および質量から計算される気孔率と定義する。
　前記多孔体からなる低密度層と高密度層との複層構造とすれば、必要な剛性を維持しつつ気孔率を６０％以上とすることができ、振動板全体の密度を０．５ｇ／ｃｍ３以下とすることができる。
　高密度層は総厚の１～３０％程度で効果を発現し、ヤング率１００ＧＰａ程度の剛性で高音域再生の役割を担う。
　低密度層のヤング率は２～３ＧＰａ程度であり振動板全体を軽量にして全体の音質を維持し、振動応答性を良くする。
　これらを一体化して焼成して炭素化し、複数層の炭素質材を形成するので、特性の制御、特に高音域までの可聴音域の音を出力することができる多層平面スピーカ振動板が可能となる。
　また、ドーム形状にして剛性を付与することも可能であり、緻密で高剛性の高密度層とコアとなる軽量の低密度層のハリ強度とのバランスで再生限界周波数の高い平面振動板が得られる。気孔率設計によっても再生音域が変動するが、気孔径は大きく影響しない。ハンドリング性が良好となり、耐衝撃性も向上する。また、多孔体の低密度層の片面あるいは両面を高密度層で覆うことでユニットへの組み込みの際の接着剤の吸い込みを防止することができる。
　音響振動板にさらに要請される特性として、空気中の水分を吸って重くなって音響特性が変わらないように、吸湿性が低いことが挙げられる。炭素化の温度を１２００℃以上とすることで、乾燥後、温度２５℃、湿度６０％の環境に２５０時間放置したときの質量の増加が５％以下であるものが得られる。
　以上の説明では、炭素質音響振動板をエッジを介してフレームで保持する構造について例示したが、可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持する構造とすることも可能である。
　図８（ａ）は可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持するスピーカ本体の断面図、同図（ｂ）はその平面図である。図８（ａ）に示すように、ヨーク２２、マグネット２３、センターポール２１、ボイスコイル２４及びフレーム２７については、図２に示すスピーカ本体１４と同様の構造を有している。炭素質音響振動板４１は可撓性フィルム４２の内側面に固定されている。可撓性フィルム４２は中央部がドーム状に膨出した形状をなしており、板状をなすフィルムベース４３の上面に固定されている。フィルムベース４３の下面外周縁部にボイスコイル２４の端部が当接して振動を伝達するように構成されている。なお、可撓性フィルム４２には強度を確保するための凹凸加工が加えられている。
　以上のように構成されたスピーカ本体に対して、図１に示すようなデジタル駆動系を接続してデジタルスピーカユニットを構成する。デジタル音源から供給されるデジタル音声信号によるスピーカ本体の駆動方法は、前述した通りである。
　このように、炭素質音響振動板４１を所要の剛性と可撓性のある可撓性フィルム４２で保持することにより、炭素質音響振動板をフレームで保持する構造に比べて、高い音圧を実現できる。本発明者による検証実験では、フィルムに炭素質振動板を組み合わせることで、ピーク音圧として９０ｄＢｓｐｌを実現できた。したがって、高い音圧を必要とする用途では、図８に示すように炭素質音響振動板４１を可撓性フィルム４２で保持する構成が望ましい。
　（第２の実施の形態）
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図９は本発明の第２の実施の形態に係るデジタルスピーカユニットの構成を示す模式図であり、スピーカ本体の断面構造を示している。なお、第１の実施の形態と同一構成の部分には、同一の符号を付して説明を省略し、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
　スピーカ本体１００は、鉄片で構成され断面Ｕ形状をなすヨーク１２１、センターピース１２２、マグネット１２３、筒状をなすボイスコイル１２４及び炭素質音響振動板１２５を備えている。ヨーク１２１は、ボイスコイル１２４の外径よりも僅かに大きな内径を有する有底筒体をなしている。ヨーク１２１の底面外周縁部から立ち上がるヨーク壁部１２１ａ（１２１ｂ）は、ボイスコイル１２４の外周面と対向する。ボイスコイル１２４の内部空間にセンターピース１２２が配置されている。
　センターピース１２２の下面とヨーク１２１側の対向面（ヨーク上面）との間にはマグネット１２３が設置されている。マグネット１２３は、センターピース１２２の下面と接する上面が一方の磁極（例えばＮ極）に着磁され、ヨーク１２１の上面と接する下面が他方の磁極（例えばＳ極）に着磁されている。このマグネット１２３とヨーク１２１とセンターピース１２２とによって磁気回路を構成している。
　ヨーク１２１及びセンターピース１２２の平面視形状については、特に限定されないが、ヨーク１２１が有底円筒状又は四角筒状をなす場合であれば、センターピース１２２は同形状（相似形状）の円形又は四角形をなし、かつヨーク壁部１２１ａ、１２１ｂとセンターピース１２２外周部との間にギャップが形成される程度の寸法に設定される。
　ヨーク壁部１２１ａ（１２１ｂ）とセンターピース１２２外周縁部との間に形成されたギャップにボイスコイル１２４が配置されている。ボイスコイル１２４は、複数の単位ボイスコイル１２４－１、１２４－２、１２４－３を径方向に重ねて構成されている。複数の単位ボイスコイル１２４－１、１２４－２、１２４－３の数Ｎは温度計コード変換部１３の出力ビット数Ｎに対応させている。ボイスコイル１２４は、少なくともボイスコイル１２４の一部がヨーク壁部１２１ａ（１２１ｂ）とセンターピース１２２外周縁部との間のギャップにかかるように配置される。図９にはボイスコイル１２４の下部がギャップにかかるように配置した例が示されている。単位ボイスコイル１２４－１、１２４－２、１２４－３は導電性ワイヤーを断面長円状につぶし加工したワイヤーを筒状に巻回して構成されている。
　ヨーク１２１及びセンターピース１２２の上面から上方へ所定距離Ｌ１だけ離れた位置に炭素質音響振動板１２５が配置されている。炭素質音響振動板１２５は、ボイスコイル１２４の外径寸法よりも大きな寸法を有している。炭素質音響振動板１２５の下面に対してボイスコイル１２４の一方の開口端部が直接当接した状態で接着固定されている。すなわち、ボイスコイル１２４の一端部が炭素質音響振動板１２５側に固定され、ボイスコイル１２４の他方の開口端部が自由端となっている。また、ボイスコイル１２４は、炭素質音響振動板１２５の外周縁部から所定距離Ｌ２だけ内側に入り込んだ位置に、径方向の最外周位置が配置されるように取り付けられている。
　ヨーク１２１、ボイスコイル１２４及び炭素質音響振動板１２５の外周を囲むようにフレーム１２６が配置されている。フレーム１２６は、剛性の高い支持部１２７を介してヨーク１２１を保持し、弾性を有するエッジ１２８を介して炭素質音響振動板１２５を振動可能に支持している。エッジ１２８は、炭素質音響振動板１２５を振動自在に支持する機能と、炭素質音響振動板１２５の振動が継続するのを抑制するダンパー機能とを有することが望ましい。
　上記した通り、炭素質音響振動板１２５の外周縁部から所定距離Ｌ２だけ内側に入り込んだ位置にボイスコイル１２４の径方向の最外周部が位置している。本実施の形態は、ボイスコイル１２４の一方の開口端部が直接当接していない領域となる炭素質音響振動板１２５の外周縁部から距離Ｌ２までの範囲に、エッジ１２８の振動板側端部を固定する取付け部１２９を確保している。すなわち、エッジ１２８は、振動板側端部が取付け部１２９に固定され、フレーム側端部がフレーム１２６の一部に固定されている。
　ここで、ボイスコイル１２４の製造工程について図１０～図１３を参照して説明する。
　図１０に示すように、ドラム４１に巻回されたコイル用ワイヤー４２を繰り出し、一対のローラ４３ａ、４３ｂ間に通して押しつぶしている。その結果、図１１に示すように、ローラ通過後のコイル用ワイヤー４２ａは断面形状が真円から長円形状に変形する。
　次に、図１２に示すように、断面形状が長円形状に変形したコイル用ワイヤー４２ａを、巻き冶具４４を利用して、ボイスコイル１２４の筒形状となるように巻きつける。図９に示す３チャンネル（１２４－１、１２４－２、１２４－３）構造の場合、最も内側に位置する単位ボイスコイル１２４－３を最初に巻き冶具４４に巻回する。巻き冶具４４の巻付け部４４ａはボイスコイル１２４の径方向の断面形状と同一形状とすることが望ましい。図１２では模式的に長円形を例示しているが、円形状、楕円形状、四角形状等の断面形状を有する巻付け部４４ａを用いることで任意の形状とすることができる。巻幅は差し込み方式の巻付け部４４ａを交換することで調整することができる。
　図１３は巻き冶具４４を用いて巻回している途中の状態を示す断面図である。長円状に押しつぶされたコイル用ワイヤー４２ａのつぶし面を巻付け部４４ａの巻き付け面側にして巻回し、かつ回転軸方向に隣接するコイル用ワイヤー４２ａ間で隙間が空かないように密にして巻回している。これにより、コイル径方向と直交する方向に隣接する隣接ワイヤー間で当該ワイヤー断面の長軸方向が密に接するように筒状に巻回された単位ボイスコイルを得ることができる。
　巻き冶具４４の巻付け部４４ａ外周面に２層分だけ巻回したところで、最も内側に位置する単位ボイスコイル１２４－３の巻き付け作業を終了する。単位ボイスコイル１２４－３を構成するコイル用ワイヤー４２ａの両端部を引き出して、後述するドライバ回路に接続可能にする。コイル用ワイヤー４２ａの引き出し位置については後述する。
　次に、最も内側に位置する単位ボイスコイル１２４－３の外周面に対して、中間に位置する単位ボイスコイル１２４－２を構成するコイル用ワイヤー４２ａを、単位ボイスコイル１２４－３と同様に巻回する。このとき、コイル用ワイヤー４２ａが断面長円状に押しつぶされており、押しつぶされた平面同士を接触させて積層しているので、ワイヤーが崩れることなく積層することができる。中間に位置する単位ボイスコイル１２４－２の巻回作業が終了したら、同様にして最も外側に位置する単位ボイスコイル１２４－１の巻き付け作業を実施する。
　上記したように、内側に位置する単位ボイスコイルの外周に外側に位置する単位ボイスコイルのコイル用ワイヤー４２ａを巻回することにより、大径側の単位ボイスコイルに小径側の単位ボイスコイルを順次挿入した構造となる。
　作製されたボイスコイル１２４に発生する振動を効率良く（ロス無く）、炭素質音響振動板１２５へ伝えるためには、径方向と直交する方向にコイル用ワイヤーを密に配置すると共に、単位ボイスコイルが一体化していることが望ましい。そこで、単位ボイスコイルを一体化するため、コイル用ワイヤーを巻回した後、例えば硬化性樹脂でコイル全体を固めることが望ましい。
　このようにして、複数チャンネル分の単位ボイスコイル１２４－１、１２４－２、１２４－３が一体化されたボイスコイル１２４が得られる。このボイスコイル１２４の一方の開口端部を炭素質音響振動板１２５の下面に当接させた状態で接着固定する。
　なお、単位ボイスコイルを単体で振動させる場合は、個々の単位ボイスコイルの内径に合わせた巻付け部４４ａを有する巻き冶具４４をそれぞれ準備し、内径の異なる個々の単位ボイスコイルを１個ずつ作製する。単位ボイスコイル毎に硬化性樹脂で固める。その後、外径の大きい単位ボイスコイルの内側に、次に内径の小さい単位ボイスコイルを挿入して、内径の異なる複数の単位ボイスコイルを組み合わせて１つのボイスコイル１２４を作成する。
　また、携帯電話機等に搭載される小型のスピーカユニットの場合、単位ボイスコイル１２４－１、１２４－２、１２４－３から引き出される引き出し線のテンションが炭素質音響振動板１２５の振動特性に大きな影響を与える。炭素質音響振動板１２５が小型・軽量化するのにしたがって、引き出し線が振動特性に与える影響は大きくなる。一方、チャンネル数（単位ボイスコイル数Ｎ）を１つ増加する毎に引き出し線が２本追加されるので、チャンネル数の増加に応じて引き出し線が増加する。このため、単位ボイスコイル１２４－１、１２４－２、１２４－３から引き出される引き出し線については、炭素質音響振動板１２５の振動特性を劣化させない引き出し構造が要求される。
　図１４は６個の単位ボイスコイルを備えたボイスコイル１２４における引き出し線配置を示す模式的な斜視図である。６つの単位ボイスコイル１２４－１～１２４－６からそれぞれ２本の引き出し線が引き出されている。同図に示すように、長方形の炭素質音響振動板１２５の場合、各長辺からは２つの単位ボイスコイル（１２４－１、１２４－２）（１２４－４、１２４－５）からそれぞれ２本で合計４本の引き出し線が引き出され、各短辺からは１つの単位ボイスコイル１２４－３、１２４－６からそれぞれ２本の引き出し線が引き出されている。このように、炭素質音響振動板１２５からの引き出し線の引き出し位置を振動板全外周に対して均等に分散させることが望ましい。なお、ボイスコイル１２４を駆動する駆動系の構成については第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
　本実施の形態のスピーカ本体１００は、図９に示すように、ボイスコイル１２４の一端部が炭素質音響振動板１２５に直接当接する構造であるので、デジタル音声信号に対応してボイスコイル１２４に励起された振動がロスなく炭素質音響振動板１２５に伝えられる。すなわち、デジタル駆動可能なボイスコイル１２４で励起した振動を高効率で炭素質音響振動板１２５に伝えられることから、デジタル音声信号を忠実に再生した音を出力可能なデジタルスピーカを実現できる。
　また、ボイスコイル１２４の一端部が炭素質音響振動板１２５に直接当接しているので、ボイスコイル１２４に発生した熱（ジュール熱）が炭素質音響振動板１２５に伝わり効率よく放熱される。すなわち、本実施の形態によれば、熱伝導特性に優れた炭素質音響振動板１２５をボイスコイル１２４の放熱板として作用させることができる。その結果、ボイスコイル１２４の発熱による特性劣化を防止できると共に、放熱対策を簡素化することによる構成の簡素化を図ることができる。
　炭素質音響振動板１２５がダンパー機能を有するエッジ１２８を介してフレーム１２６に支持されているので、デジタルデータに対応して炭素質音響振動板１２５が振動するが、後続の音声データによる振動に悪影響がでないように、当該デジタルデータに対応した振動は速やかにエッジ１２８で吸収される。
　しかも、ダンパー機能を有するエッジ１２８の振動板側端部はボイスコイル１２４の当接位置から外側に外れた取付け部１２９に固定されている。このため、ボイスコイル１２４が炭素質音響振動板１２５に与える振動を、ダンパー機能を有するエッジ１２８が直接吸収して炭素質音響振動板１２５が撓みづらくなるという不具合を回避でき、炭素質音響振動板１２５の振動特性の劣化を最小限に抑えることができる。
　また、ボイスコイル１２４はコイル用ワイヤー４２を断面長円状に押しつぶして平面側を重ねて多重に巻回しているので、複数の単位ボイスコイル１２４－１～１２４－３を多層に重ねた際の、ボイスコイル全体での内径と外径の差を小さい寸法に抑えることができる。ヨーク端部１２１ａ、１２１ｂとセンターピース１２２外周縁部との間に形成されるギャップは小さい方が磁気損失を小さく抑えられるところ、当該ギャップに配置されるボイスコイル１２４の内径と外径の差を小さい寸法にできるので、それに応じてギャップも小さくでき磁気損失を抑制した効率の良い駆動が可能になる。
　次に、スピーカ本体１の変形例について説明する。
　図１５は炭素質音響振動板にボイスコイルの高さ位置を調整する凸部を形成した例を示している。駆動系の回路構成は上述した実施の形態と同じ構成を適用することができる。
　ヨーク壁部１２１ａ、１２１ｂとセンターピース１２２外周縁部との間に形成されるギャップに少なくともボイスコイル１２４の一部が介在していれば、ある程度の磁束がボイスコイル１２４を横切ることができる。特に、ボイスコイル１２４の中心部がギャップ位置に来るように配置することで、ボイスコイル１２４を横切る磁束数が最大になり、ボイスコイル１２４に電流を流すことで最大の応力が生じる。すなわち、図１５に示すように、ボイスコイル１２４の中心部がギャップ位置に来る配置が、最も効率よく炭素質音響振動板５１を振動させることができる。
　ここで、炭素質音響振動板５１（下面）とセンターピース１２２（上面）との間は炭素質音響振動板５１の振動時のストロークを確保するために、最大ストロークに多少の余裕をもった寸法に設定される。そのため、炭素質音響振動板５１（下面）とセンターピース１２２（上面）との間隔を調整してボイスコイル１２４とギャップ位置との位置関係を調整するのには限界がある。一方、ボイスコイル１２４の長さを、振動板とは反対側（図１６（ａ）中の下方側）に延長すれば、ボイスコイル１２４の中心部をギャップ位置に配置することができる。しかし、ボイスコイル１２４の長さを拡張すると、ワイヤー距離が伸びるので重量が増大する。上記した通り、ボイスコイル１２４は炭素質音響振動板５１が直接保持するので、ボイスコイル１２４の重量が増大する方向の対策は望ましくない。
　そこで、炭素質音響振動板５１におけるボイスコイル取付け部を突出させた凸部５２を形成し、当該凸部５２にボイスコイル１２４の一端部を接着固定する構造とした。凸部５２の高さＤ１は、ボイスコイル１２４の中心部がギャップ位置となる寸法に調整される。図１５ではボイスコイル１２４の一端部から距離Ｄ２の位置が中心部となっている。
　炭素質音響振動板５１に凸部５２を形成したことにより凸部５２の分だけ重量が増加する。そこで、凸部５２を空洞状にくり抜いて重量増加を抑えることができる。または、凸部５２以外の部分の炭素質音響振動板５１の厚さｄ１を薄くして総重量の増加を抑えても良い。
　このような変形例によれば、炭素質音響振動板５１におけるボイスコイル取付け部を突出させた凸部５２を形成し、ボイスコイル１２４の中心部がギャップ位置に来るように配置したので、ボイスコイル１２４を通る磁束数を最大化でき、最も効率よく炭素質音響振動板５１を振動させることができる。
　なお、図１６に示すように、炭素質音響振動板５１に凸部５２を形成すると共に、炭素質音響振動板５１の板厚ｄ１を薄くする。これにより、炭素質音響振動板５１の撓み強度が低下するので、強度を上げるために振動板表面に補強用のリブ部５３を形成しても良い。同図には、四角形の炭素質音響振動板５１を例示しているが、本発明はその他の形状にも適用可能である。
　図１７（ａ）、（ｂ）はボイスコイルを構成するワイヤーの積層方向を変えたスピーカ本体の変形例を示す図である。同図（ａ）は図９に示すスピーカ本体１００と基本構造が同じであり、同図（ｂ）は図１７に示すスピーカ本体１００と基本構造が同じである。
　図１７（ａ）、（ｂ）に示すスピーカ本体は、ボイスコイル１２４を構成している各単位ボイスコイル６０－１、６０－２、６０－３を長円状に押しつぶしたコイル用ワイヤーの互いの平面を重ねるように積層して構成されている。個々の単位ボイスコイルは、押しつぶしたコイル用ワイヤーの平面部を重ねるように巻き冶具４４の巻付け部４４ａに巻回して作製される。これにより、個々の単位ボイスコイルは、コイル用ワイヤーが密に接触して配列されるので、ボイスコイル１２４に励起された振動を炭素質音響振動板５１へ伝える際のロスがさらに抑制される。
　なお、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、各単位ボイスコイルは径方向への重ね数を減らす（１回）ことで、ヨーク端部１２１ａ、１２１ｂとセンターピース１２２外周部との間のギャップが大きくなるのを防止できる。
　以上の説明では、炭素質音響振動板を、エッジを介してフレームで保持する構造について例示したが、可撓性フィルムで炭素質音響振動板を保持する構造とすることも可能である。可撓性フィルムのフィルム平面に炭素質音響振動板の開口端部を固定し、可撓性フィルムはエッジを介してフレームに振動自在に固定する。可撓性フィルムの中心に炭素質音響振動板を配置することからセンタープレート方式と呼ぶことができる。
　センターフレーム方式のスピーカ本体１００では、可撓性フィルムに上記ボイスコイル１２４の一端部を直接当接させて振動させる。
（実施例１）低密度層の両面を高密度層で覆う３層の実施例
　アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂３５質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてのＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。この成型用組成物のペレットを押出成形で厚さ４００μｍのシート状の成型物とし、さらに両面にフラン樹脂をコーティングして硬化させ、多層シートとした。この多層シートを２００℃のエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空中１４００℃で３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了した。これにより、図１８に概念的に示すように、アモルファス炭素１１０中にカーボンナノ繊維の粉末１１２が均一に分散し、ＰＭＭＡの粒子が消失した後に残った球状の気孔１１４を有する多孔体の低密度層１１６とその両面を覆うアモルファス炭素１１０からなる高密度層１１８とを有する音響振動板が得られた。
　このようにして得られた音響振動板の低密度層１１６の気孔率は７０％、数平均気孔径は６０μｍであった。振動板全体では、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２５ＭＰａ、ヤング率８ＧＰａ、音速４２００ｍ／ｓｅｃ、密度０．４５ｇ／ｃｍ３、吸湿性１質量％以下と優れた物性を有するものであった。
　なお、音速は密度とヤング率の実測値から計算により求めた（以下同様）。吸湿性は、１００℃で３０分間乾燥した後、温度２５℃、湿度６０％の環境に放置した時の質量増加率（％）である。図１９に経過時間と質量変化率の関係を示す。比較例１として、最後の焼成（炭素化）の温度を１０００℃としたときの結果も示す。図１９からわかるように、炭素化の温度を１２００℃以上とすることで、２５０時間後の質量の増加が５％以下である吸湿性の低い振動板が得られる。
（実施例２）高密度層にフィラー（黒鉛）を入れた実施例
　アモルファス炭素源としての、塩化ビニル樹脂３５質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。この成型用組成物のペレットを押出成形で厚さ４００μｍのシート状の成型物とし、さらにフラン樹脂に平均粒径４μｍ程度の黒鉛（日本黒鉛製ＳＰ２７０）５質量％を分散させ、硬化剤を入れた液を両面にコーティングして硬化させ、多層シートとした。この多層シートを２００℃のエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空中で１５００℃で３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了し、複合炭素振動板を得た。
　このようにして得られた音響振動板の低密度層の気孔率は７０％、数平均気孔径は６０μｍであった。振動板全体は、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２３ＭＰａ、ヤング率５ＧＰａ、音速３３３３m／sec、密度０．４５g／ｃｍ３、と優れた物性を有するものであった。
（実施例３）多孔体のみの実施例
　気孔率５０％単層成形体アモルファス炭素源としての、塩化ビニル樹脂５４質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。このペレットを用いて厚み４００μｍのフィルム状の押し出し成形を行った。このフィルムを２００℃に過熱したエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／時以下の昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空雰囲気中で１５００℃にて３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了し、複合炭素振動板を得た。
　このようにして得られた多孔質の音響振動板は、気孔率が５０％、気孔径６０μｍ、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２９ＭＰａ、ヤング率７ＧＰａ、音速３０５５ｍ／ｓｅｃ、密度０．７５ｇ／ｃｍ３、と優れた物性を有するものであった。
　次に、上述したデジタルスピーカユニットに上記実施例１で作成した振動板を使用した場合のスピーカの周波数特性について説明する。デジタルスピーカユニットに備えるボイスコイル２４は６個のボイスコイルから構成し、デルタシグマ変調器１１では１６ビットのデジタル音声信号を４ビットに変換し、温度計コード変換部１２から出力される温度計コードは６ビット構成とした。
　図２０は実施例１で得られた振動板を用いた場合の周波数特性を示している。同図に示すように、炭素質振動板のみの場合、７００Ｈｚ付近から可聴周波数域の上限であるといわれる２０ｋＨｚまで非常にフラットな特性が実現できた。図２０に示す周波数特性であれば、極めて品質の良好な音質を再現できる。また、ピーク音圧として８５ｄＢｓｐｌ以上を実現できている。
　以上説明したように、本発明の一実施の形態に係るデジタルスピーカユニットによれば、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する炭素質音響振動板をデジタル音声信号で直接駆動して、良好な音響特性を実現することができる。
　本出願は、２００９年３月１１日出願の特願２００９－０５７９０１及び２００９年４月３０日出願の特願２００９－１１１５３９に基づく。これらの内容は、全てここに含めておく。

Claims (13)

  1. 　炭素質音響振動板と、
    　導電性ワイヤーを筒状に巻回してなり一方の開口端部が前記炭素質音響振動板に直接当接された状態で固定されたボイスコイルと、
    　前記筒状のボイスコイルを径方向に貫く磁束を発生させる磁束発生手段と、
    　前記ボイスコイルに音声信号に対応した駆動電流を供給する駆動手段と、
    を具備したことを特徴とするスピーカユニット。
  2. 　前記ボイスコイルは、デジタル信号のビット数に対応した複数個の単位ボイスコイルで構成され、前記複数個の単位ボイスコイルの径寸法を異ならせて、大径側の単位ボイスコイルに小径側の単位ボイスコイルを順次挿入してなり、
    　前記駆動手段は、前記各単位ボイスコイルをデジタル信号の各ビット値に基づいて個別に駆動することを特徴とする請求項１記載のスピーカユニット。
  3. 　前記各単位ボイスコイルは、断面長円状に加工された導電性ワイヤーを、コイル径方向と直交する方向に隣接する隣接ワイヤー間で当該ワイヤー断面の長軸方向が密に接するように筒状に巻回してなることを特徴とする請求項２記載のスピーカユニット。
  4. 　前記各単位ボイスコイルは、断面長円状に加工された導電性ワイヤーを、コイル径方向と直交する方向に隣接する隣接ワイヤー間で当該ワイヤー断面の短軸方向が密に接するように筒状に巻回してなることを特徴とする請求項２記載のスピーカユニット。
  5. 　前記炭素質音響振動板は、前記ボイスコイルの開口端部が固定された第１の主面と、該第１の主面とは反対側の第２の主面とを有し、前記ボイスコイルは前記開口端部の最外周位置が振動板外周縁部よりも内側にずれた位置に配置され、前記第２の主面であって前記ボイスコイルの開口端部の固定位置とは重ならない振動板外周縁部に当該炭素質音響振動板を振動自在に支持する支持部材の一端部が固定されたことを特徴とする請求項１記載のスピーカユニット。
  6. 　前記磁束発生手段は、前記炭素質音響振動板に固定された前記ボイスコイルの外周面と対向する端部を有するヨークと、前記前記ボイスコイルの他方の開口端部からコイル内部に挿入され前記ヨークの対向する端部との間にギャップを形成するセンターピースと、前記センターピースと前記ヨークとの間に設けられ前記センターピース側を一方の磁極とし前記ヨーク側を他方の磁極とする永久磁石と、を備え、
    　前記炭素質音響振動板は、前記ボイスコイルの開口端部が固定された第１の主面と、該第１の主面とは反対側の第２の主面と、前記第１の主面における前記ボイスコイルの開口端部固定箇所に形成された凸部とを有し、前記凸部は前記ボイスコイルの中心部が前記ヨークの端部と前記センターピースの間のギャップ位置となる高さを有することを特徴とする請求項１記載のスピーカユニット。
  7. 　前記各単位ボイスコイルに接続される引き出し線の引き出し位置を、前記炭素質音響振動板外周に均等に分散したことを特徴とする請求項２記載のスピーカユニット。
  8. 　前記駆動手段は、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
    　前記デルタシグマ変調器から出力されるデジタル信号に基づいて前記各ボイスコイルを個別に駆動することを特徴とする請求項１記載のスピーカユニット。
  9. 　前記駆動手段は、前記デルタシグマ変調器の出力する所定ビットのデジタル信号を、前記ボイスコイルの個数に対応したビット数の温度計コードに変換する温度計コード変換部を備えることを特徴とする請求項８記載のスピーカユニット。
  10. 　前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体であることを特徴とする請求項１記載のスピーカユニット。
  11. 　前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体からなる低密度層と、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層とを具備することを特徴とする請求項１記載のスピーカユニット。
  12. 　前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させることを特徴とする請求項１記載のスピーカユニット。
  13. 　前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板を可撓性のフィルム体で保持し、該フィルム体に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させることを特徴とする請求項１記載のスピーカユニット。
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