JP2007020024A - リニアモータ式スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】低音再生に好適なハイファイ・高出力のリニアモータ式スピーカを提供する。
【解決手段】筒状電磁石１０の空洞内には、空洞寸法よりわずかに小さい外形寸法を有する筒状磁石１４を配置する。磁石１４は、内側及び外側をそれぞれ異極性の第１及び第２の磁極とするもので、振動板１６が磁石１４の空洞内の空気流を遮断するように装着されている。多数のコイル群１２のうち１つのコイル群以外の他のコイル群には電磁石１０の内側を第２の磁極と同一極性の磁極として磁石１４を磁気浮上させるように通電すると共に該１つのコイル群には他のコイル群とは磁極の極性を反転させるように通電する。オーディオ信号の振幅変化に対応して極性反転に係る磁極により磁石１４を磁気浮上のまま往復変位させて振動板１６を振動させるように複数のコイル群の電流の向きを切換制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、エッジレス・ダンパレス構造を有する筒状のリニアモータ式スピーカに関し、更に詳しくは従来の動電型のような加速度制御式のスピーカとは異なり、振幅の変位そのものを制御する変位制御式スピーカに関するものである。

従来、エッジレス構造を有する円筒状の動電型スピーカとしては、図１０に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１０に示すスピーカにおいて、ベース１の上には、下部ダンパ支持台２Ａ、下部プレート３Ａ、永久磁石４、上部プレート３Ｂ、上部ダンパ支持台２Ｂが各々の中央孔をベース１の中央孔１Ａに位置合せした状態で積層配置されている。このような積層体を取囲むように円筒状のヨーク８が配置されており、ヨーク８の下端部は、ベース１の外周部に連結されている。ヨーク８とプレート３Ａ，３Ｂとの間には、それぞれ磁気ギャップＧａ，Ｇｂが定められている。

コイル支持体５は、相互接続された下部ボイスコイル５Ａ及び上部ボイスコイル５Ｂを有するもので、コイル５Ａ，５Ｂの巻回方向は互いに逆になっている。コイル支持体５は、コイル５Ａ，５Ｂがそれぞれ下方及び上方に半分ずつオフセットした状態で磁気ギャップＧａ，Ｇｂ内に配置されるようにして下部ダンパ６Ａ及び上部ダンパ６Ｂによりそれぞれ支持台２Ａ及び２Ｂに支持されている。コイル支持体５の上部には、振動板７が装着されている。ベース１の中央孔１Ａから上部ダンパ支持台２Ｂの中央孔まで連続する縦孔は、振動板７と上部ダンパ６Ｂとの間の空間を外気に連通させるための孔であり、ベース１に設けた貫通孔１ａ，１ｂは、下部ダンパ６Ａとベース１との間の空間を外気に連通させるための孔である。

コイル５Ａ，５Ｂにオーディオ信号に応じて電流を供給すると、コイル５Ａ，５Ｂが上下方向に駆動されて振動板７が振動する。このため、オーディオ信号が音響に変換される。
特開平９−１８２１８８号公報

上記した従来技術によると、振動板７がコイル支持体５でのみ支持され（ヨーク８に支持されていない）、いわゆるエッジレス構造になっている。このため、エッジにより振動板７の振幅が制限されることはなくなる。

しかしながら、二個所にダンパ６Ａ，６Ｂが設けられており、これらのダンパによって振動板７の振幅が制限される。このため、低音再生が制約を受けると共に、ダンパの機械的非線形性（力−変形の非線形性）によりスピーカの音響出力に歪みが生ずるのを免れない。また、コイル５Ａ，５Ｂを磁気ギャップＧａ，Ｇｂ内にオフセット状態で配置したことで駆動範囲を拡大できるものの、ダンパ６Ａ，６Ｂでコイル支持体５及び振動板７の中心支持を行なう構造上から駆動範囲が制約され、高出力を得るのが容易でない。その上、ダンパ６Ａ，６Ｂの耐久性には限界があり、動作や音質を長期間にわたって安定化させるのが困難である。

この発明の目的は、このような制約や非線形性を有するエッジやダンパを一切排除することにより低音再生に好適なハイファイ（高忠実度）・高出力の変位制御方式のリニアモータ式スピーカを提供することにある。

この発明に係るリニアモータ式スピーカは、
非磁性体からなる細長い筒状体と、この筒状体の長手方向に沿って並設された多数のコイル群とを有する筒状電磁石であって、各コイル群としては、前記筒状体の周方向に沿って配置され且つ直列に接続された巻回方向同一の多数のコイルを含むコイル群を有するものと、
前記筒状体の空洞内に配置され、前記筒状体の長手方向に直交する方向の空洞寸法よりわずかに小さい外形寸法を有する筒状磁石であって、その内側及び外側をそれぞれ互いに極性を異にする第１及び第２の磁極とするものと、
前記筒状磁石の空洞内の空気流を遮断するように前記筒状磁石に装着された振動板と、
前記多数のコイル群のうち１又は複数のコイル群以外の他のコイル群には前記筒状体の内側を前記第２の磁極と同一極性の磁極として前記筒状磁石を磁気浮上させるように通電すると共に該１又は複数のコイル群には前記他のコイル群とは磁極の極性が反転するように通電する通電手段と、
オーディオ信号の振幅変化に対応して極性反転に係る磁極により前記筒状磁石を磁気浮上のまま往復変位させて前記振動板を振動させるように前記多数のコイル群のうちの複数のコイル群の電流の向きを切換制御する制御手段と
を備えたものである。

この発明のリニアモータ式スピーカによれば、振動板を保持する筒状磁石を筒状電磁石内で磁気浮上状態で往復駆動する構成にしたので、振動板は、エッジレス・ダンパレス構造となり、エッジやダンパによる振幅の制限と、エッジやダンパが有する非線形性とを免れることができる。すなわち、振動板は、低域から高域まで位置（変位）の直接制御によりピストンモーションさせることができ、特に低域では大きな体積排除量を確保することができる。このため、ハイファイ・高出力の音響再生が可能であり、特に大振幅の低音再生に好適となる。

この発明のリニアモータ式スピーカにおいて、筒状磁石は、電磁石で構成してもよいが、高磁束密度の永久磁石で構成することもできる。電磁石で構成した場合、電力供給用の配線が筒状磁石や振動板の動きに及ぼす影響を少なくする必要がある。これに対し、筒状磁石を永久磁石で構成した場合には、配線が不要であって、筒状磁石や振動板の動きは何の制約も受けないが、振動板の質量を極力小さくするため、軽量且つ高磁束密度の磁石を使う必要がある。

この発明によれば、筒状のリニアモータ式スピーカをエッジレス・ダンパレス構造としたので、ハイファイ・高出力の音響再生を行なえる効果が得られる。また、エッジやダンパがないので、耐久性に優れ、動作や音質を長期間にわたって安定化できる効果もある。

また、この発明によるスピーカは基本的に「変位振幅制御型」であり、その構造上変位を制限するのは、外管（筒状体）の長さだけであるため、一般の動電型スピーカ（コーンスピーカなど）が有する低域での制約、つまり低域における大きな減衰という欠点を有しない。

すなわち、一般のコーンスピーカにおける変位振幅の尖頭値ξと音響出力Ｗとの関係は、Ｒ_０をコーンの有効半径、ｆを周波数（振動数）とすると、一般に次の数１の式で与えられる。

すなわち、Ｗを一定とすると、必要な振幅は、周波数ｆの自乗に反比例して大きくなる。このため、１オクターブ下がる毎に振幅を４倍（１２ｄＢ）ずつ大きくする必要があり、現実的には最低共振周波数ｆ_０付近から下方（低域）に向かい出力が一定の傾きで減衰することになる。これに対し、この発明によるスピーカの場合は、低域におけるこのような制約がなく、外管（筒状体）さえ大きくすれば超低域でも非常に大きな出力を得ることができる。一方、高域においては、ゼロでない質量（コーン紙、振動板）が高速で繰り返し多数回変位する必要があるが、前掲の数１の式に従えば高域ほど小さな振幅でよいので、無理なくこれを実現することができる。結果として、この発明によるスピーカは、全帯域にわたり振幅（出力）や歪みの制約を受けずピストンモーションを基本としており、高域でも分割振動しにくいので、理想的なレスポンス周波数特性を提供することができる。

以上のように、この発明は、発音体の構成において、
（イ）ゆっくりであれば、質量がゼロでなくても大きな距離（振幅）を無理なく動けること、
（ロ）高い周波数では、反面小さな距離を動けばよいこと
を基礎とし、「一定出力を得るために必要となる振動板の加速度は周波数ｆに依存せず常に一定」という合理的な動作原理を実現するものである。

図１は、この発明の一実施形態に係るリニアモータ式スピーカを示すもので、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面は、図２に示されている。

筒状電磁石１０は、例えばプラスチック（合成樹脂）等の非磁性体からなる細長い筒状体１１と、この筒状体１１の長手方向に沿って並設された多数のコイル群１２とを備えている。筒状体１１は、一例として図２に示すように横断面が円形状である円筒状とするが、図３に示すように横断面が四辺形等の多角形状である角筒状としてもよい。多数のコイル群１２中の各コイル群は、図２，３に示すように筒状体１１の周方向に沿って配置され且つ直列接続された巻回方向同一の多数のコイル１２ａ…１２ｂ…１２ｃ…１２ｄ…１２ａを含むコイル群からなっている。ここで、「１２ａ…１２ｂ」のような記載は、コイル１２ａとコイル１２ｂとの間にも多数のコイルが存在することを意味する。図５には、多数のコイル群１２中のコイル群Ｃ_０，ＲＣ_１，ＲＣ_２，ＬＣ_１，ＬＣ_２について各コイル群毎に該コイル群を構成する多数のコイルを直列接続した状態が示されている。

筒状体１１の空洞内には、筒状体１１の長手方向に直交する方向の空洞寸法より若干小さい外形寸法を有する筒状磁石１４が配置される。磁石１４は、図２，３に例示するように筒状体１１に適合した円筒状又は角筒状の形状を有する。磁石１４としては、永久磁石を使用するが、電力供給用の配線を配置することが許容される場合には電磁石を使用してもよい。磁石１４は、一例として内側及び外側がそれぞれＮ極及びＳ極となるように磁極の極性が定められているが、これとは逆に磁極の極性を定めてもよい。筒状体１１の長さを５０〜１００［ｃｍ］とすると、磁石１４の両端間の長さを１０〜１５［ｃｍ］とし、図２に示す磁石１４の直径（又は図３に示す磁石１４の一辺の長さ）を２０〜３０［ｃｍ］とし、筒状体１１−磁石１４間の間隙ＧＰを０．１〜１．０［ｍｍ］程度とすることができる。

筒状磁石１４には、空洞内の空気流を遮断するように振動板（ダイアフラム）１６が装着されている。振動板１６の取付個所は、一例として磁石１４の先端部としたが、磁石１４の空洞内の中間部等であってもよい。振動板１６の材料としては、軽量且つ高剛性の材料が用いられ、例えばアルミニウム合金、チタン、ベリリウム、プラスチック、紙等を用いることができる。振動板１６は、一例として後方に凸状のものを用いたが、平面状のものでもよく、前方に凸状（ドーム形）のものでもよい。

スピーカを発音させるにあたり、多数のコイル群１２のうち１つ（複数でも可）のコイル群と、該１つのコイル群以外の他のコイル群とでは互いに逆方向に電流を流して初期状態を設定する。すなわち、初期状態では、１つのコイル群以外の他のコイル群には電磁石１０の内側を磁石４の外側のＳ極と同一極性の磁極（Ｓ極）として磁石１４を磁気反発力により磁気浮上させるように通電すると共に、該１つのコイル群には他のコイル群とは磁極の極性が反転する（電磁石１０の内側及び外側をそれぞれＮ極及びＳ極とする）ように通電する。そして、音声信号、楽音信号等のオーディオ信号の振幅変化に対応して極性反転に係る磁極により磁石１４を初期状態から磁気浮上のまま矢印で示すように往復変位させて振動板１６を振動させるように多数のコイル群１２中の複数のコイル群の電流の向きを切換制御する。この結果、オーディオ信号が音響に変換され、振動板１６からは、変換に係る音が放射される。上記のような発音動作の詳細については、図５〜８を参照して後述する。因みに、振動板及び磁石などの移動部分は、上記のように十分軽量に構成されているので、入力のオーディオ信号の振幅変化に対して遅滞なく追従するものとする。

図１のスピーカを使用する際には、通常のスピーカと同様に種々の装備を施し、効率を上げたり、制約を緩和して特性を改善したりすることができる。例えば、筒状体１１の前端部には、ホーン１８を装着することができる。ホーン１８としては、折り曲げホーン等を用いてもよい。筒状体１１の後端部には、内面にグラスウール等の吸音材２２を配設した密閉形キャビネット２０を装着し、後面（背面）からの逆相の音の回り込みを回避することができる。キャビネット２０の代りにバスレフ形キャビネット等を装着してもよい。

図４（Ａ）〜（Ｆ）は、筒状磁石１４の製法の一例を示すものである。図４（Ａ）の工程では、Ｎ−Ｓ方向に細長い角柱状の磁石１４ａに圧縮処理を施して図４（Ｂ）に示すようにＮ−Ｓ方向に比べてＮ−Ｓ方向に直交する左右方向に若干細長い角柱状の磁石１４ｂを得る。図４（Ｂ）の工程では、磁石１４ｂをＮ−Ｓ方向に直交する左右方向に更に長くするように磁石１４ｂに伸張処理を施して図４（Ｃ）に示すように左右方向に細長い角柱状の磁石１４ｃを得る。図４（Ｃ）の工程では、磁石１４ｃの幅をＮ−Ｓ方向及び左右方向に直交する前後方向に広げるように磁石１４ｃに拡幅処理を施して図４（Ｄ）に示すように長方形状の磁石１４ｄを得る。

次に、図４（Ｄ）の工程では磁石１４ｄにＮ極が内側になるように円筒化処理を施して図４（Ｅ）に示すように円筒に近い形状の磁石１４ｅを得る。図４（Ｅ）の工程では、磁石１４ｅの端部同士が接触するように更に円筒化処理を続行し、図４（Ｆ）に示すように磁石１４ｅの端部同士を連結して円筒状の磁石１４を得る。磁石１４は、内側及び外側がそれぞれＮ極及びＳ極となる。なお、図４（Ｆ）に示すように予め円筒化した強磁性体に着磁処理を施して図４（Ｆ）に示すような円筒状の磁石１４を得てもよい。

図５は、図１のスピーカを駆動するための駆動回路の一例を示すもので、この駆動回路は、オーディオ信号源３０、増幅器３１、小型コンピュータ３２、切換回路群３４等を含んでいる。

小型コンピュータ３２において、バス３５には、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器３６、ＣＰＵ（中央処理装置）３８、ＲＯＭ（リード・オンリィ・メモリ）４０、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）４２、出力回路４４等が接続されている。オーディオ信号源３０からの音声信号、楽音信号等のオーディオ信号は、増幅器３１を介してＡ／Ｄ変換器３６に入力される。増幅器３１では、オーディオ信号の音量、音色等を適宜調整可能である。Ａ／Ｄ変換器３６では、オーディオ信号が所定のサンプリング周期毎に振幅データに変換される。各サンプル点毎の振幅データは、該サンプル点での入力振幅を量子化し、量子化振幅を所定ビット数のディジタルコードで表わしたものである。ＣＰＵ３８は、ＲＯＭ４０にストアされたプログラムに従って図６に関して後述するような駆動処理を実行するもので、駆動処理に際してはＲＡＭ４２内のいくつかの記憶領域をレジスタ等として使用する。出力回路４４は、電磁石１０の多数のコイル群１２にそれぞれ対応した多数の出力レジスタを含むもので、各出力レジスタには１又は０を表わす制御信号がセットされる。切換回路群３４は、多数のコイル群１２にそれぞれ対応した多数の切換回路を含むもので、各切換回路は、出力回路４４内の対応する出力レジスタからの制御信号に応じて多数のコイル群１２中の対応するコイル群に動作電流を供給する。

説明の便宜上、図５に示すように電磁石１０の筒状体１１に関して外側をＳ極とする初期位置をｉ＝０とし、その右側に並ぶＮ極の位置を順次にｉ＝１，２…の位置とし、ｉ＝０の左側に並ぶＮ極の位置を順次にｉ＝−１，−２…としたとき、多数のコイル群１２で位置ｉ＝０，１，２，−１，−２にそれぞれ対応した５つのコイル群をＣ_０，ＲＣ_１，ＲＣ_２，ＬＣ_１，ＬＣ_２とすると共に、切換回路群３４中でコイル群Ｃ_０，ＲＣ_１，ＲＣ_２，ＬＣ_１，ＬＣ_２にそれぞれ対応した切換回路をＳＷ_０，ＲＳＷ_１，ＲＳＷ_２，ＬＳＷ_１，ＬＳＷ_２とする。切換回路ＳＷ_０，ＲＳＷ_１，ＲＳＷ_２…，ＬＳＷ_１，ＬＳＷ_２…には、それぞれ出力回路４４内の対応する出力レジスタから制御信号ＣＮ_０，ＲＣＮ_１、ＲＣＮ_２…，ＬＣＮ_１，ＬＣＮ_２…が供給され、コイル群Ｃ_０，ＲＣ_１，ＲＣ_２…，ＬＣ_１，ＬＣ_２…には、それぞれ切換回路ＳＷ_０，ＲＳＷ_１，ＲＳＷ_２…，ＬＳＷ_１，ＬＳＷ_２…から動作電流が供給される。コイル群Ｃ_０，ＲＣ_１，ＲＣ_２…，ＬＣ_１，ＬＣ_２…において、切換回路側とは反対側の端子は、いずれも接地点（基準電位０）に接続される。

初期状態において、１つのコイル群Ｃ_０には電磁石１０の内側及び外側をそれぞれＮ極及びＳ極とするように通電すると共に、コイル群Ｃ_０以外の他のコイル群ＲＣ_１，ＲＣ_２…，ＬＣ_１，ＬＣ_２…には、電磁石１０の内側及び外側をそれぞれＳ極及びＮ極とするように通電することにより磁石１４を初期位置ｉ＝０にセットする。このためには、制御信号ＣＮ_０を０として切換回路ＳＷ_０から負の電源電位−Ｅに基づいてコイル群Ｃ_０に動作電流を供給すると共に、制御信号ＲＣＮ_１，ＲＣＮ_２…，ＬＣＮ_１，ＬＣＮ_２…をいずれも１として切換回路ＲＳＷ_１，ＲＳＷ_２…，ＬＳＷ_１，ＬＳＷ_２…からの正の電源電位＋Ｅに基づいてコイル群ＲＣ_１，ＲＣ_２…，ＬＣ_１，ＬＣ_２…にそれぞれ動作電流を供給する。このような初期状態では、筒状体１１内で磁石１４のＳ極と電磁石１０のＳ極とが半径方向に互いに反発し合い、ある向きに磁石１４が変位すると反発力が強まり、本来の位置に押し戻される向きにより強い力が働く。このため、半径方向において内向きの力と外向きの力がバランスし、磁石１４は、空中に磁気浮上した状態で保持される。

次に、図６を参照して図５の回路における駆動処理を説明する。図６の駆動処理は、システム電源スイッチのオン操作等に応じてスタートする。

ステップ５０では、初期設定処理を行なう。ＲＡＭ４２内には、Ａ／Ｄ変換器３６から振幅データを取得するたびに該振幅データをセットするための第１のレジスタと、この第１のレジスタに今回の振幅データをセットする前に第１のレジスタから前回の振幅データを受取る第２のレジスタとが存在する。初期設定処理では、第１及び第２のレジスタにいずれも０をセットする。

初期設定処理では、図５に関して前述したように磁石１４を初期位置ｉ＝０にセットする。磁石１４は、スピーカ使用前に必ずしも初期位置ｉ＝０に存在するとは限らない。また、図１のスピーカは、筒状体１１を立てた状態で使用することもありうる。そこで、Ａ／Ｄ変換器３６には、図７（Ｂ）に示すような初期設定信号Ｓ_０を入力して磁石１４が初期位置ｉ＝０にセットされるのを可能にする。図７（Ｂ）において、横軸は、時間ｔ［ｓｅｃ］を、縦軸は電圧ｘ［Ｖ］をそれぞれ表わす。初期設定信号Ｓ_０は、点Ｐ_１〜Ｐ_５を通る正弦波状の振幅変化を示す。初期設定信号Ｓ_０が点Ｐ_１で振幅値０のときは、図５に示すようにコイル群Ｃ_０が筒状体１１の外側でＳ極となり、コイル群Ｃ_０以外の他のコイル群はいずれも筒状体１１の外側がＮ極となる。ｉ＝０の位置の右側に多数ｎ個のコイル群が存在するものとすると、信号Ｓ_０が点Ｐ_２で正のピーク振幅値に達したときにＳ極はｉ＝ｎの位置に到達する。そして、信号Ｓ_０が点Ｐ_３で振幅値０になると、Ｓ極は、ｉ＝０の位置に戻る。ｉ＝０の位置の左側に多数のｎ個のコイル群が存在するものとすると、信号Ｓ_０が点Ｐ_４で負のピーク振幅値に達したときにＳ極はｉ＝−ｎの位置に到達する。そして、信号Ｓ_０が点Ｐ_５で振幅値０になると、Ｓ極は、ｉ＝０の位置に戻る。

このような磁極移動動作において、筒状体１１の外側で移動するＳ極を生成する１つのコイル群以外の他のコイル群は、いずれも筒状体１１の外側及び内側をそれぞれＮ極及びＳ極とするので、磁石１４は磁気浮上状態にある。磁石１４が筒状体１１内のどこに存在しようとも、磁石１４は筒状体１１の内側を往復移動するＮ極に吸引されてｉ＝０の初期位置にセットされる。上記した説明では、Ａ／Ｄ変換器３６の出力に応じた出力回路４４や切換回路群３４の動作について説明を省略したが、これらの回路の動作は、ステップ５２〜６０において後述するものと同様である。なお、磁石１４を初期位置ｉ＝０にセットするには、Ａ／Ｄ変換器３６に初期設定信号Ｓ_０を入力する代りに、ＲＯＭ４０に記憶した波形データ等の初期設定データに応じて筒状体１１の内側でのＮ極移動（外側でのＳ極移動）を制御してもよい。

上記のような初期設定処理の後、ステップ５２では、前述の第１のレジスタ内のデータを前述の第２のレジスタに移すと共に、Ａ／Ｄ変換器３６から振幅データを取得して第１のレジスタにセットする。そして、ステップ５４では、第２のレジスタ内の振幅データが示す前回の振幅値Ａ_Ｐと第１のレジスタ内の振幅データが示す今回の振幅値Ａ_Ｃとを比較し、ステップ５６では、比較結果が、Ａ_Ｃ＝Ａ_Ｐ、Ａ_Ｃ＞Ａ_Ｐ及びＡ_Ｃ＜Ａ_Ｐの３つのうちいずれか判定する。

この発明の原理では、振動部（振動板、磁石など）が十分軽く、入力のオーディオ信号の瞬時振幅によって決まる位置（すなわち、内側の移動磁石と釣り合って振動板の位置を決定する１又は複数のコイル群によって決まる位置）に振動板が遅滞なく移動することを旨としているが、ゼロではない質量を有する磁石などにより構成される実際の振動部の制御にあたっては、以下のような方法が考えられる。

比較結果がＡ_Ｃ＝Ａ_Ｐであったときは何の処理も行なわずにステップ６２に移る。比較結果がＡ_Ｃ＞Ａ_Ｐであったときは、ステップ５８で差分（Ａ_Ｃ−Ａ_Ｐ）に応じた前進処理を行なってからステップ６２に移る。比較結果がＡ_Ｃ＜Ａ_Ｐであったときは、ステップ６０で差分（Ａ_Ｐ−Ａ_Ｃ）に応じた後退処理を行なってからステップ６２に移る。ステップ６２では、システム電源スイッチのオフ操作等の終了指示があったか判定し、この判定結果が否定的（Ｎ）ならばステップ５２に戻ってそれ以降の処理を上記したと同様に繰返す。この結果、Ａ／Ｄ変換器３６から振幅データを取得するたび該振幅データとその前の振幅データとが比較され、比較結果がＡ_Ｃ＞Ａ_Ｐであればステップ５８の前進処理が、比較結果がＡ_Ｐ＞Ａ_Ｃであればステップ６０の後退処理がそれぞれ行なわれることとなる。ステップ６２の判定結果が肯定的（Ｙ）になると、処理エンドとする。

ステップ５８の前進処理では、初期位置ｉ＝０から差分（Ａ_Ｃ−Ａ_Ｐ）に対応するコイル群数だけ右側に反転磁極により磁石１４を変位させる。簡単のため、差分（Ａ_Ｃ−Ａ_Ｐ）は、移動すべきコイル群数と１対１に対応するものとするが、１対複数又は複数対１の対応関係であってもよい。初期状態では、制御信号ＣＮ_０＝０に応じて切換回路ＳＷ_０から電位−Ｅに基づいてコイル群Ｃ_０に動作電流が供給されており、磁石１４は、図５に示すようにｉ＝０の初期位置にて筒状体１１の内側でＮ極により吸引されて静止状態にある。この状態は、図８の時刻ｔ_０の状態に対応する。図８において、横軸は時間ｔを、縦軸は電圧Ｖを表わし、位置ｉ＝０，１，２，３，−１，−２のコイル群にそれぞれ対応した電位制御状態が示されている。

差分（Ａ_Ｃ−Ａ_Ｐ）が１であるときは、出力回路４４において制御信号ＣＮ_０を１とし且つ制御信号ＲＣＮ_１を０とするように制御信号ＣＮ_０，ＲＣＮ_１に対応する出力レジスタの内容を変更する。切換回路ＳＷ_０では、制御信号ＣＮ_０＝１に応じて図８に波形Ｗ_０で示すように電位を−Ｅから＋Ｅに滑らかに切換えると共に、切換回路ＲＳＷ_１では、制御信号ＲＣＮ_１＝０に応じて図８に波形Ｗ_１で示すように電位を＋Ｅから−Ｅに滑らかに切換える。図８の時刻ｔ_１の状態では、電位＋Ｅに基づいてコイル群Ｃ_０に動作電流が供給されると共に、電位−Ｅに基づいてコイル群ＲＣ_１に動作電流が供給される。すなわち、時刻ｔ_１に向けてコイル群Ｃ_０，ＲＣ_１のいずれにおいても電流の向きが滑らかに切換えられる。このため、コイル群Ｃ_０，ＲＣ_１では、筒状体１１の外側で磁極の極性がＮ，Ｓにそれぞれ反転され、筒状体１１の外側でＳ極はｉ＝０の初期位置からｉ＝１の位置に移動する。この結果、磁石１４は、筒状体１１の内側でＮ極に吸引されて図５に破線で示すようにｉ＝１の位置に前進（変位）する。なお、切換回路群３４中の各切換回路は、例えば電位−Ｅから電位０に向けて変化する放電波形及び電位０から電位＋Ｅに向けて変化する充電波形を有する時定数回路等を用いて構成可能である。

差分（Ａ_Ｃ−Ａ_Ｐ）が１より大きい値である（入力振幅の変化が急峻である）ときは、コイル群Ｃ_０，ＲＣ_１について上記したと同様の電流切換処理を初期位置ｉ＝０から差分値に対応するコイル群数だけ右側の範囲内の複数のコイル群に対して隣り合うコイル群毎に順次に適用する。一例として、差分値が２であるとすると、コイル群Ｃ_０，ＲＣ_１とコイル群ＲＣ_１，ＲＣ_２とについて順次に上記したと同様の電流切換処理を行なう。この場合、コイル群Ｃ_０，ＲＣ_１については、前述したと同様に図８の時刻ｔ_１に向けてコイル群Ｃ_０，ＲＣ_１のいずれにおいても電流の向きが滑らかに切換えられる。

図８の時刻ｔ_１では、出力回路４４において制御信号ＲＣＮ_１を１とし且つ制御信号ＲＣＮ_２を０とするようにＲＣＮ_１，ＲＣＮ_２に対応する出力レジスタの内容を変更する。切換回路ＲＳＷ_１では、制御信号ＲＣＮ_１＝１に応じて図８に波形Ｗ_１で示すように電位を−Ｅから＋Ｅに滑らかに切換えると共に、切換回路ＲＳＷ_２では、制御信号ＲＣＮ_２＝０に応じて図８に波形Ｗ_２で示すように電位を＋Ｅから−Ｅに滑らかに切換える。図８の時刻ｔ_２の状態では、電位＋Ｅに基づいてコイル群ＲＣ_１に動作電流が供給されると共に、電位−Ｅに基づいてコイル群ＲＣ_２に動作電流が供給される。すなわち、時刻ｔ_２に向けてコイル群ＲＣ_１，ＲＣ_２のいずれにおいても電流の向きが滑らかに切換えられる。このため、コイル群ＲＣ_１，ＲＣ_２では、筒状体１１の外側で磁極の極性がＮ，Ｓにそれぞれ反転され、筒状体１１の外側でＳ極はｉ＝０の初期位置からｉ＝２の位置に移動する。この結果、磁石１４は、筒状体１１の内側でＮ極により吸引されてｉ＝２の位置まで前進する。

差分値が３であるときは、上記したと同様の電流切換動作がｉ＝３のコイル群まで行なわれる。図８の時刻ｔ_３の状態において、コイル群ＲＣ_２（ｉ＝２）には波形Ｗ_２で示すように電位＋Ｅに基づいて動作電流が供給されると共に、ｉ＝３の位置のコイル群には波形Ｗ_３で示すように電位−Ｅに基づいて動作電流が供給される。従って、この場合は、ｉ＝３の位置まで磁石１４が前進する。上記したように差分値が大きくなるほど磁石１４の変位量を大きくすると、入力振幅の急峻な変化に追従して振動板１６を振動させることができる。

図７（Ａ）は、Ａ／Ｄ変換器３６に入力される入力信号の一例として、振幅が直線的に増大する信号ｘ＝ｘ（ｔ）を示すものである。上記した駆動処理によれば、磁石１４は、入力信号ｘ＝ｘ（ｔ）に応じて差分値に対応した一定の速度で右方向に移動する。図８に示したＷ_１〜Ｗ_３等の切換波形は、図７（Ａ）に示したような入力信号ｘに対して最も直線性が良く且つ円滑に動作する（歪が最小となる）ように調整される。

ステップ６０の後退処理では、初期位置ｉ＝０から差分値（Ａ_Ｐ−Ａ_Ｃ）に対応する群数だけ左側（ｉ＝−１，−２…の位置）へ反転磁極により磁石１４を変位させる。具体的な動作は、制御信号ＣＮ_０，ＬＣＮ_１，ＬＣＮ_２…及び切換回路ＳＷ_０，ＬＳＷ_１，ＬＳＷ_２…を用いてステップ５８の前進処理について前述したと同様に行なわれる。このような動作の詳細については、前進処理の説明から自明であるので、説明を省略する。ステップ５８の前進処理とステップ６０の後退処理とにより磁石１４がオーディオ信号の振幅の変化に対応して往復駆動されて振動板１６が振動するので、オーディオ信号が音響に変換される。

上記したリニアモータ式スピーカによれば、振動板１６を固定的に支持するエッジやダンパがないので、エッジやダンパによる振幅制限や非線形性による歪みがなくなり、低域から高域までハイファイ再生が可能になる。また、振動板１６の最大振幅は電磁石１０の長さにのみ左右され、大振幅動作が可能であるため、高出力が得られる。その上、振動板１６を保持する磁石１４は、電磁石１０とは非接触の磁気浮上状態で往復変位するので、エッジやダンパに伴う種々の歪をなくすことができる。さらに、エッジやダンパのないシンプルな構造であるため、耐久性があり、動作や音質を長期間にわたって安定化させることができる。

上記したリニアモータ式スピーカにおいては、電磁石１０の各コイル群に流す電流を大きくしたり、磁石１４をネオジム合金などで構成して磁束密度を高めたりすることにより大きな磁力を発生可能とすれば、振動板１６の過渡応答を一層改善することができる。また、電磁石１０における反転磁極の位置変化を大きくすれば、振動板１６は大きな範囲を移動し、大振幅の音を発生可能となる。なお、電磁石１０及び磁石１４について図１，４，５に示した磁極の極性は、図示したものとは反対にしてもよいこと勿論である。

図９は、この発明に係るリニアモータ式スピーカの設置例を示すもので、図１と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図９の例では、電磁石１０の後端部に導管（ダクト）２４を装着し、導管２４を床２６に設けた孔を介して床下の空間に連通させている。他の例としては、導管２４を壁２８に設けた孔を介して別室に連通させてもよい。いずれの例においても、電磁石１０の後方から生ずるスピーカ音が電磁石１０の前方に到来してレスポンス周波数特性を悪化させるのを防止することができる。

この発明の一実施形態に係るリニアモータ式スピーカを示す一部側面断面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 変形例に係るスピーカの断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、いずれも筒状磁石の製法における処理工程を示す斜視図である。 スピーカ駆動回路を示す回路図である。 図５の回路における駆動処理の流れを示すフローチャートである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ入力信号及び初期設定信号を示す波形図である。 図５の回路における磁極移動動作を説明するための信号波形図である。 スピーカ設置例を示す断面図である。 従来の円筒状の動電型スピーカを示す断面図である。

符号の説明

１０：筒状電磁石、１２ａ〜１２ｄ：コイル、１２，Ｃ_０，ＲＣ_１，ＲＣ_２，ＬＣ_１，ＬＣ_２：コイル群、１４：筒状磁石、１６：振動板、１８：ホーン、２０：キャビネット、２２：吸音材、２４：導管、２６：床、２８：壁、３０：オーディオ信号源、３１：増幅器、３２：小型コンピュータ、３４：切換回路群。

Claims (2)

1. 非磁性体からなる細長い筒状体と、この筒状体の長手方向に沿って並設された多数のコイル群とを有する筒状電磁石であって、各コイル群としては、前記筒状体の周方向に沿って配置され且つ直列に接続された巻回方向同一の多数のコイルを含むコイル群を有するものと、
   前記筒状体の空洞内に配置され、前記筒状体の長手方向に直交する方向の空洞寸法よりわずかに小さい外形寸法を有する筒状磁石であって、その内側及び外側をそれぞれ互いに極性を異にする第１及び第２の磁極とするものと、
   前記筒状磁石の空洞内の空気流を遮断するように前記筒状磁石に装着された振動板と、
   前記多数のコイル群のうち１又は複数のコイル群以外の他のコイル群には前記筒状体の内側を前記第２の磁極と同一極性の磁極として前記筒状磁石を磁気浮上させるように通電すると共に該１又は複数のコイル群には前記他のコイル群とは磁極の極性が反転するように通電する通電手段と、
   オーディオ信号の振幅変化に対応して極性反転に係る磁極により前記筒状磁石を磁気浮上のまま往復変位させて前記振動板を振動させるように前記多数のコイル群のうちの複数のコイル群の電流の向きを切換制御する制御手段と
   を備えたリニアモータ式スピーカ。
2. 前記筒状磁石が永久磁石からなっている請求項１記載のリニアモータ式スピーカ。

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