JP4155277B2 - スピーカ装置 - Google Patents

Description

この発明はスピーカ装置に関し、詳しくは、スピーカに与えられるオーディオ信号を利用して電力を得る技術に関する。

周知の通り、スピーカは、アンプから与えられるオーディオ信号を音に変換し、これを発音するものである。従来、スピーカに対して、例えば、スピーカの駆動に対応して点灯するＬＥＤ表示器（発光ダイオード）や、スピーカへの過大入力から当該スピーカを保護するための保護回路など、何らかの負荷的電気装置を搭載する場合には、該電気装置に対する電源供給が別途必要であった。例えば、下記特許文献１には、スピーカにおいて常閉スイッチと該スイッチを開閉制御するスイッチ制御手段を搭載し、該スイッチ制御手段に対して電源を供給するための電源供給手段が具備される構成が示されている。
特許第３４７３８０３号

これに対して、下記特許文献２には、アンプの出力端子において整流回路（ダイオード）を接続することで、該整流回路によりアンプからスピーカに供給されるオーディオ信号から電力を得る構成が開示されている。該特許文献２においては、該整流回路で得た電力を蓄電池の充電用の電力として使用し、該蓄電池に対して例えば当該スピーカユニットに一体化して組み込んだ照明用ライトを接続しうることが述べられている。
特開平０５−０８３８７０号公報

ところで、上記特許文献２の構成では、アンプからスピーカに供給されるオーディオ信号が、そのまま整流回路に分岐して整流される構成となっている。このため、ダイオードのオン（導通）とオフ（遮断）に伴うノンリニアな特性によって、スピーカに対して供給される信号が歪められてしまい、結果としてスピーカから発音される音が劣化してしまうという不都合があった。

この発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、スピーカから出力される音の品質を損なうことなく、スピーカに与えられるオーディオ信号を用いて電力を取り出せるようにしたスピーカ装置を提供することを目的する。

この発明は、与えられたオーディオ信号に基づく発音を行うスピーカと、前記スピーカに対して並列に接続され、該スピーカに与えられる前記オーディオ信号を整流する整流回路と、前記スピーカと前記整流回路の間に挿入される抵抗器であって、該スピーカのインピーダンスよりも大きい電気抵抗を有することで、該スピーカに対するオーディオ信号の供給を安定させる抵抗器と、前記整流回路で整流された前記オーディオ信号を平滑化するコンデンサと、前記整流回路および前記コンデンサから供給される直流電力を使用する負荷要素とを具えるスピーカ装置である。
また、この発明に係るスピーカ装置は、前記抵抗器の電気抵抗が、前記スピーカのインピーダンスに対して１０〜５０倍の範囲で設定されることを特徴とする。
また、この発明に係るスピーカ装置において、前記抵抗器の電気抵抗は、ユーザ操作に応じて可変に構成されてよい。

この発明によれば、スピーカと、該スピーカに並列に接続された整流回路の間に抵抗器が挿入され、該抵抗器の電気抵抗は前記スピーカのインピーダンスよりも大きい値に設定される。整流回路はスピーカに供給されるオーディオ信号を整流する。整流回路の後段には、該整流回路で整流されたオーディオ信号を平滑化するコンデンサが具備されており、該整流回路で整流されたオーディオ信号（直流電力）をコンデンサにより平滑化して、該平滑化した直流電力を負荷要素に供給する。負荷要素は、例えばスピーカ動作確認用の発光ダイオードや保護回路などである。スピーカと整流回路の間に挿入された抵抗器の電気抵抗がスピーカのインピーダンスよりも大きい値に設定されているので、整流回路の動作特性によってスピーカに供給される信号が歪められてしまうこと、すなわち、整流回路の動作特性によるスピーカから出力される音質への悪影響を緩和して、スピーカに供給されるオーディオ信号の品質を保つことができる。また、整流回路で整流したオーディオ信号をコンデンサにより平滑化して、負荷要素に供給するので、該負荷要素に供給される電力をオーディオ信号のレベルの変化に対して安定させることができる。従って、この発明によれば、スピーカに供給されるオーディオ信号を用いて電力を取り出せるようにしたスピーカ装置において、スピーカに供給されるオーディオ信号の品質を損なうことなく、オーディオ信号のレベルの変化に対して安定した電力を取り出すことができるという優れた効果を奏する。
また、抵抗器の電気抵抗は、スピーカから出力される音の品質や、当該回路に生じる電力等の兼ね合いから、スピーカのインピーダンスに対して１０〜５０倍の範囲で設定されるのがよい。また、抵抗器の電気抵抗をユーザ操作に応じて可変に構成することにより、オーディオ信号のレベルやユーザ所望の音の品質に応じて、抵抗器の電気抵抗とスピーカのインピーダンスとの率を任意に設定できるようになる。

以下添付図面を参照してこの発明の一実施形態について説明する。
図１は、この実施例に係るスピーカシステムの構成例示す回路図である。図１に示すスピーカシステム１０は、発音すべきオーディオ信号を供給するパワーアンプ１と、該アンプ１の出力端子部１ａに接続されたスピーカユニット２（以下、単にスピーカと略称）と、該出力端子部１ａにおいてスピーカ２と並列に接続された整流回路３と、該整流回路３とスピーカ２の間に挿入された抵抗器（Ｒ１）４とを含んで構成される。

パワーアンプ１は周知のスピーカ駆動用のアンプであり、スピーカ２は該アンプ１から供給されるオーディオ信号に応じた音を発音する。

整流回路３は、パワーアンプ１から供給されたオーディオ信号を直流電圧に変換するものであり、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４からなるブリッジ整流回路を含み、該整流回路３の出力側には負荷要素（ＲＬ）５が接続され、該負荷５と並列にコンデンサ（Ｃ１）６が挿入されている。
整流回路３の入力側には、パワーアンプ１から出力されたオーディオ信号（交流電圧ｖ）が入力される。同図において、点ａが点ａ´に対してプラス電位（交流波形の正の部分）のときダイオードＤ１とＤ３がオン状態となり、電流は次のような方向に流れる。このときダイオードＤ２とＤ４は逆バイアスとなりオフ状態である。
「電流の流れ」：ａ→Ｄ１→ｂ→ＲＬ→ｂ´→Ｄ３→ａ´
次に点ａが点ａ´に対してマイナス電位（交流波形の負の部分）のときダイオードＤ２とＤ４がオン状態となり、電流は次のような方向に流れる。このときダイオードＤ１とＤ３は逆バイアスとなりオフ状態である。
「電流の流れ」：ａ´→Ｄ２→ｂ→ＲＬ→ｂ´→Ｄ４→ａ
このとき、負荷５の両端（ｂ‐ｂ´）の電圧変化の様子は全波整流波形（図２（ｂ）参照）となり、また、同図において、負荷５の前に挿入されたコンデンサ６が該負荷５に与えられる電圧を平滑しているので、負荷５においては、より平坦で直流に近い波形の電圧ｖｄ（図２（ｂ）参照）を取り出すことができる。図２の（ａ）は整流回路３の入力側（点ａ‐点ａ´）の電圧ｖ，（ｂ）は負荷（ＲＬ）５に流れる電圧ｖｄの変化の様子をそれぞれ示す図である。なお、同図（ａ）において、整流回路３の入力電圧ｖ（アンプ１の出力＝スピーカに与えられるオーディオ信号）としては、説明の便宜上、シンプルな周期波形を示している。負荷５では、同図（ｂ）に示すような直流電圧（脈動電圧）ｖｄを取り出すことができる。

整流回路３とスピーカ２の間に挿入された抵抗４は、その電気抵抗がスピーカ２のインピーダンスよりも大きい電気抵抗を有することで、該スピーカ２に対するオーディオ信号の供給を安定せしめる機能を果たす。すなわち、整流回路３とスピーカ２の間に適切な電気抵抗を有する抵抗４が挿入されることで、整流回路３における各ダイオードのオン（導通）とオフ（遮断）に伴うノンリニアな特性によりスピーカ２に対して供給される信号が歪められてしまうこと、つまり、該ダイオードの特性によるスピーカ２から出力される音質への影響を緩和することができる。抵抗４の電気抵抗の値は、スピーカ２から出力される音の品質と、回路に生じる電力等との兼ね合いに関わる。例えば、抵抗４の値がスピーカ２のインピーダンスに対して大きければスピーカ２からの音を高品質に保てるものの、十分な電力を取り出すことができず、反対に抵抗４の値が小さければ、パワーアンプ１が低出力でも整流回路から電力を取り出すことができるが、スピーカ２の音の品質が損なわれてしまう。このように、スピーカ２のインピーダンスと抵抗４の値との比がスピーカ２からの音の品質や、当該回路に生じる電力に影響している。

この実施例においては、確保したいスピーカ２の音の品質の程度等に鑑みて、抵抗４の電気抵抗としては、スピーカ２のインピーダンスの約１０〜５０倍の範囲の値を設定するのが適当である。
例えば、抵抗４の値をスピーカ２のインピーダンスに対して相対的に大きく（おおよそ５０倍程度）に設定することで、スピーカ２からの音を高品質に保つことができる。但し、この場合は、出力ワット数の低いパワーアンプでは、整流回路３にて十分な電力を取り出せない可能性がある。
一方、抵抗４の値をスピーカ２のインピーダンスに対しては相対的に小さく（例えばおおよそ１０倍程度）とすることで、スピーカ２からの音の品質を或る程度落ちるものの、出力ワット数の低いパワーアンプにも対応できるようになる。

また、図１には表れていないが、抵抗４に電気抵抗を切り替えるためのスイッチを更に設けて、該抵抗４の値を、スピーカ２のインピーダンスに対して１０倍の値、２０倍の値、５０倍の値、１００倍の値・・・等という具合に、複数段階で切り替えることができるよう構成してもよい。このように抵抗４の値を可変に構成することで、供給するオーディオ信号のレベルやユーザ所望の音の品質に応じて、抵抗４の値とスピーカ２のインピーダンスとの比率を任意に設定できるようになる。

具体的な一例として、図１に示すスピーカシステムにおいて、出力ワット数が３００Ｗのパワーアンプ１に、インピーダンスが８Ωのスピーカを接続した場合に、平均電力が３７．５Ｗであったとすると、平均電圧Ｖは、電圧の計算式：Ｖ＝√ＷＲ（但し、Ｗは電力、Ｒはインピーダンス）から、
平均電圧Ｖ＝√（３７．５＊８）＝１７．３Ｖである。
整流回路３にて取り出す電圧Ｖが５Ｖとすると、抵抗Ｒ１に掛る電圧は、
１７．３−５＝１２．３Ｖである。
抵抗Ｒ１の値を、スピーカ２のインピーダンスの５０倍程度の値＝３９０Ωとすると、
整流回路３の出力電流Ｉは、出力電流：Ｉ＝Ｖ／Ｒ（但し、Ｖは電圧、Ｒは抵抗Ｒ１の値）から、
電流Ｉ＝１２．３／３９０＝３１．５ｍＡ≒３０ｍＡとなる。
従って、この時の負荷５における出力電力Ｗは、電力計算式：Ｗ＝ＶＩから、
Ｗ＝５×３０＝１５０ｍＡである。
よって、上記の条件を想定した場合、負荷（ＲＬ）５においては、直流電圧＝５Ｖ、直流電流＝３０ｍＡ並びに直流電力＝１５０ｍＷを得ることができる。

なお、上記の計算では、平均電力が３７．５Ｗとして計算したが、該平均電力はアンプ１から供給されるオーディオ信号に変化するものであり、従って、整流回路３にて取り出すことのできる電力もまたアンプ１から供給されるオーディオ信号に応じて変化するものである。

整流回路３により取り出した電力の使用目的（負荷５）は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる表示器や、スピーカ２の保護回路等である。
一例として、負荷５としてＬＥＤ表示器（発光ダイオード）を適用する場合、該ＬＥＤはスピーカ２の動作確認用の点灯表示を行う。この実施例に係るスピーカシステムの構成によれば、スピーカ２でオーディオ信号の発音を行いながら、整流回路３が該オーディオ信号から電力を生成するので、整流回路３に接続されたＬＥＤ（負荷５）は、該オーディオ信号に応じた電力によって点灯制御される。この種の表示器（発光ダイオード）は１０ｍＡ以下の電流で発光可能であるため、上記計算によって求めた電力により作動に必要な電力を得ることが可能である。上述の通り、整流回路３にて取り出す電力はアンプ１から供給されるオーディオ信号に応じて変化するので、供給されるオーディオ信号の振幅が大きければ、取り出す電力が相対的に大きくなるので、表示器の点灯が明るくなり、逆に、供給されるオーディオ信号の振幅が小さく取り出す電力が相対的に小さくなれば、表示器の点灯が暗くなる。当該スピーカシステムの使用者は、スピーカ２でオーディオ信号の発音を行いながら、整流回路３が取り出す電力を用いた該ＬＥＤ（負荷５）の発光により、当該スピーカ２に電気信号が与えられていることを確認できる。
ところで、整流回路３から取り出す電力が、供給されるオーディオ信号に応じて揺らいでしまっても、該電力の使用目的（負荷５）が、ＬＥＤ表示器や、スピーカ２の保護回路である場合には、該電力の揺らぎは問題にならない。ＬＥＤ表示器であれば、前述の通り発光量の明暗として該電力の揺らぎが表れることとなり、スピーカ２の動作確認用の点灯表示という用途に差し支えない。また、負荷５として適用される保護回路は、過大入力からスピーカユニット２を保護する回路であり、周知の通り、スピーカ２への積算電力をモニタして必要に応じてリレーを作動させる等の動作を行うものである。この種の保護回路の動作が必要になるのは、入力されオーディオ信号が大きいときに限られており、その場合には、当該回路の動作に十分な電力が供給されることになる。従って、負荷５として適用される保護回路にあっても、上記オーディオ信号に応じた電力の揺らぎは、その運用の差し支えとならない。

以上説明した通り、この発明の実施例に係るスピーカシステムによれば、アンプ１に対してスピーカ２と整流回路３を並列に接続し、スピーカ２と整流回路３の間に挿入された抵抗器４とで構成され、抵抗器４がスピーカ２のインピーダンスよりも大きい電気抵抗を有することで、該スピーカに対するオーディオ信号の供給を安定させ機能を果たすことで、スピーカ２から出力される音の品質を損なうことなく、アンプ１からスピーカ２に供給される信号を用いて電力を取り出せるようになる。従って、スピーカ２から品質の優れた音を発音しながら、該スピーカ２に与えられるオーディオ信号を用いて生成した電力を所望の用途に使用できるという優れた効果を奏する。また、この発明に係るスピーカ２は、オーディオ信号の配線のみにより、スピーカ２へのオーディオ信号供給と負荷要素（ＬＥＤや保護回路など）５への電力供給が賄えるので、別途の電源用配線が不要となり、配線がシンプルになる。

なお、上記実施例においては、パワーアンプ１の出力を３００Ｗ、パワーアンプ１の出力ワット数は任意である。また、スピーカ２のインピーダンスを８Ωとしたが、これも任意である。また、抵抗４の値は、前述の通りスピーカ２のインピーダンスとの比に従って適宜に定めるものとする。また、上記の実施例では、整流回路３により取り出した電力の使用目的（負荷５）として、スピーカ２の動作確認用表示器、保護回路を例に挙げたが、整流回路３により取り出した電力の用途はこの限りでない。

また、図１の例では整流回路３をブリッジ整流回路で構成する例を示したが、整流回路３の構成は、これに限らず従来から知られるいかなる構成であってもよい。

なお、上記実施例では、アンプ１とスピーカユニット２を含むスピーカシステムについて説明したが、この発明は、上述の実施例で説明したスピーカ２と並列に接続される整流回路３、該スピーカ２と整流回路３の間に挿入される抵抗器４とを含むスピーカ装置として構成することも含まれる。従って、オーディオ信号から直流電力を取り出す機構（整流回路３、抵抗４、負荷要素５、コンデンサ６）が例えばスピーカの筐体（スピーカボックス）に搭載される実施態様等が可能である。

この発明の一実施例に係るスピーカシステムの構成を示す回路図 同実施例に係る整流回路の電圧の様子を示す図であって、（ａ）は、該整流回路の入力側の電圧ｖ、（ｂ）は同回路の出力側の電圧ｖｄをそれぞれ示す。

符号の説明

１ パワーアンプ、２ スピーカユニット、３ 整流回路（ダイオードＤ１〜Ｄ４）、４ 抵抗（Ｒ１）、５ 負荷（ＲＬ）、６ コンデンサ（Ｃ１）

Claims (3)

1. 与えられたオーディオ信号に基づく発音を行うスピーカと、
   前記スピーカに対して並列に接続され、該スピーカに与えられる前記オーディオ信号を整流する整流回路と、
   前記スピーカと前記整流回路の間に挿入される抵抗器であって、該スピーカのインピーダンスよりも大きい電気抵抗を有することで、該スピーカに対するオーディオ信号の供給を安定させる抵抗器と、
   前記整流回路で整流された前記オーディオ信号を平滑化するコンデンサと、
   前記整流回路および前記コンデンサから供給される直流電力を使用する負荷要素と
   を具えるスピーカ装置。
2. 前記抵抗器の電気抵抗が、前記スピーカのインピーダンスに対して１０〜５０倍の範囲で設定されることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
3. 前記抵抗器の電気抵抗は、ユーザ操作に応じて可変に構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ装置。

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