JPH01272298A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、スピーカユニットのような電気音響変換器
を駆動する駆動装置に関する。

［従来の技術］ 従来、スピーカシステムに組み込まれたスピーカユニッ
トを駆動する駆動装置としては、一般に、出力インピー
ダンスが実質的にＯのパワーアンプが用いられていた。

第１３図は、動電形スピーカユニットを無限大バフルに
取り付けて、出力インピーダンスがＯのパワーアンプに
より、いわゆる定電圧駆動したときの電気等価回路を示
す。同図において、Ｅｖｃはパワーアンプである定電圧
源およびその出力電圧を示し、ＲＶＣとＬＶＣはそれぞ
れスピーカユニットのボイスコイルの抵抗とインダクタ
ンスを示している。Ｌｏと００はスピーカユニットのボ
イスコイルが動くことによって発生する動インピーダン
ス（モーショナルインピーダンス）の等測的な容量とイ
ンダクタンスを示し、ＲＯは機械的な制動抵抗を示して
いる。一般に、Ｒｏ＞Ｒｖｃである。

前記のＲｖｃとＬＶＣはボイスコイル自体の電気的な抵
抗とインダクタンスであり、いわゆる非モーショナルイ
ンピーダンスである。

非モーショナルインピーダンスＺＶＣは、Ｚ　ｖｃ”　
Ｒｖｃ＋　ｊωＬｖＣ で示され、モーショナルインピーダンスＺＭは、で示さ
れる。ここで、ωは角周波数であり、周波数をｆとすれ
ばω＝２π゛ｆである。

第１４図は、第１３図の回路の電気インピーダンス周波
数特性を示す。同図において、高域でインピーダンスが
上がっているのはボイスコイルのインダクタンスＬＶＣ
によるものである。このインダクタンスしｖＣは、上述
したように、ボイスコイル自体の電気的インダクタンス
であり、モーショナルインピーダンスではないため、ボ
イスコイルが磁性体により形成された磁気回路中に置か
れ、信号によってこの磁気回路の中を動く際に、この信
号で変調される。特に高域信号が振幅の大きい低域信号
と同時に入力されると、インダクタンスＬｖｃは低域信
号により大きく変動し、これにより、高域信号の電流が
変調されていわゆるＩＭ歪（相互変調歪）が発生する。

周波ｕｔｏはモーショナルインピーダンスＺＭによる共
振周波数であり、 ｆ・＝２ｙＵ１７で７ である。

第１５図は、本出願人が先に出願した特願昭６２−３３
４２６２号において示した開放安定形の負性インピーダ
ンス発生回路を示す。第１３図の等価回路における駆動
装置ＥＶＣとしてこのような負性インピーダンス発生回
路を用い、出力インピーダンス中に負性抵抗−Ｒｏを含
ませて駆動（以下、負性抵抗駆動という）すれば、前記
ボイスコイル抵抗ＲＶＣが等価的に負性抵抗−Ｒｏの分
を低減されて小さくなる。

第１３図の等価回路に示すような動電形スピーカユニッ
トにおいては、前記共振周波数ｆ０付近の低域における
モーショナルインピーダンスＺＭは極めて大きく、イン
ダクタンスＬｖｃのインピーダンスｊωＬ、ｖｃは極め
て小さい。このため、インピーダンスｊωＬｖｃはモー
ショナルインピーダンスＺＭに対して無視でき、ＲＶＣ
−ＲＯ＝Ｏに設定すると、定電圧源ＥＶＣの出力電圧は
振動系（モーショナルインピーダンスＺＭ）に対し実質
的に直接印加されることになる。したがって、振動系を
構成するＬｏとＣｏとの並列共振回路のＱが０となり、
振動系は、動作が定速度動作となって、駆動力および制
動力を増大させることができる。なお、Ｒｖｃ　−Ｒｏ
　＞　Ｏであっても、抵抗Ｒｖｃが等価的に小さくなる
ことによって、スビーカユちットを定電圧駆動した場合
とＲｖｃ−Ｒｏ　＝　Ｏとして振動系を定速度動作させ
た場合との間の状態となり、やはり、定電圧駆動の場合
より、振動系の駆動力および制動力を増大させることが
できる。

しかしながら、前記共振周波数ｆＯから離れた高域の周
波数においては、インダクタンスＬｖｃのインピーダン
スｊωＬｖｃが大ぎくなるとともに、等価容量ＣＯのイ
ンピーダンス１／ｊωＣＯが小さくなってモーショナル
インピーダンスＺＭが小さくなるため、駆動電流は、ボ
イスコイルの抵抗ＲＶＣとインダクタンスＬｖｃからな
る非モーショナルインピーダンスＺＶＣにより決まる。

このため、前記負性抵抗駆動によりボイスコイル抵抗Ｒ
ｖｃを小さくすると、高域の駆動電流がボイスコイルイ
ンダクタンスＬｉｖｅの影響を受は易くなり、インダク
タンスＬＶＣによるスピーカユニットの歪特性等への悪
影響が一般の定電圧駆動方式より大きくなるという不都
合がある。

なお、実際上は、上述のような無限大バフルは用いられ
ず、スピーカユニットは箱体に取り付けて用いるのが一
般的である。そして、例えばスピーカユニットを密閉形
バフル（キャビネット）に取り付けて用いた場合には、
前記モーショナルインピーダンスＺＭに密閉形キャビネ
ットの等価インダクタンスＬｃが並列接続されたのと等
価となる。このような実使用状態における共振周波数ｆ
ｏｅおよびモーショナルインピーダンスＺＭＣは、とな
る。このような密閉形バフルを用いた場合には、上述の
ｆＯをｆｏｅに、ＺＭをＺＭＣに置き換えれば、上述の
無限大バフルを用いた場合の説明がそのまま当てはまる
。

また、スピーカユニットを共鳴ボートを有するキャビネ
ットに取り付けた、いわゆるバスレフ形スピーカシステ
ムの場合には、実質的にキャビネッ］・の等価インダク
タンスＬｃと前記モーショナルインピーダンスＺＭとの
並列共振による第１の共振周波数ｆ３、共鳴ボートの等
価容量ｃｐとキャビネットの等価インダクタンスＬｃと
の直列共振による第２の共振周波数ｆ２および実質的に
前記モーショナルインピーダンスＺＭと共鳴ボートの等
価容量Ｃ，との並列共振による第３の共振周波数ｆ、の
３つの共振周波数が生じる。

これらの共振周波数の中で、共振周波数ｆ１およびｆ２
は、音圧に直接影響し、これらの共振周波数ｆ＋、ｆｘ
におけるＱ値は出力音圧の周波数特性および音質に大き
く影響する。そして、このバスレフ形スピーカシステム
においては、負性抵抗駆動することによって、定電圧駆
動する場合よりも周波数ｆ、におけるＱ値が下がって周
波数ｆ２におけるＱ値が上がり、これによって、周波数
ｆ１における制動力および駆動力が増大するとともに、
スピーカユニットとキャビネットとの整合状態を負性抵
抗値−Ｒｏにより調整することができるため、設計の自
由度が向上し、より低音までの再生が可能となる。しか
し、これらの共振周波数ｆ、、ｆ、から離れた高域の周
波数においては、やはり、前記の無限大バフルや密閉形
バフルを用いた場合と同様に、インダクタンスＬｖｃに
よる影響を受は易くなり、インダクタンスＬｖｃによる
歪特性等、音響特性への悪影響が一般の定電圧駆動方式
より大きくなるという不都合がある。

なお、バスレフ形スピーカシステムにおけるもう１つの
共振周波数ｆ３は、出力音圧には関与しないので、この
周波数ｆ３における駆動インピーダンス値は特に限定さ
れないが、スピーカユニットの無駄な動きを抑える意味
から、−Ｒｏ＜Ｏとすることが好ましい。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、電気
音響変換器の音圧に関与する共振周波数付近における駆
動力（音圧）および制動力（ダンピング）を向上させな
がら、変換器の非モーショナルインピーダンスによる音
質への悪影響を一般の定電圧駆動方式と同等かまたはそ
れより少なくすることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の駆動装置は、上述した課題を解決するため、
電気音響変換器を駆動する際、この変換器の実使用状態
における共振周波数のうち少なくとも音圧に関与する共
振周波数付近においてはこの変換器を負のインピーダン
スで駆動し、この変換器の非モーショナルインピーダン
スが音質に与える影響を無視し得ない帯域においては０
または正のインピーダンスで駆動するように構成されて
いる。

［作用コ この発明の駆動装置によると、電気音響変換器の実使用
状態における共振周波数のうち少なくとも音圧に関与す
る共振周波数付近ではこの変換器を負性インピーダンス
で駆動するため、変換器の非モーショナルインピーダン
スが低減または無効化される。したがって、等価的に並
列共振系を構成する変換器の振動系の共振周波数ｆｃ、
ｆｏｅまたはｆｌにおけるＱ値が低下してこの共振周波
数付近における駆動力および制動力が向上する。すなわ
ち、負性インピーダンス駆動により振動系が定速度動作
となり、スピーカユニットの駆動力および制動力が向上
する。

なお、等価的に直列共振系を構成するバスレフ形スピー
カシステムの共鳴ボートとキャビネットとによる共振周
波数ｆ２付近においてはＱ値が上昇し、共鳴ボートから
の出力音圧が向上する。

一方、これらの共振周波数から離れた周波数では変換器
をＯまたは正のインピーダンスで駆動するため、変換器
は定電圧ないし定電流駆動される。すなわち、駆動電流
は、出力インピーダンスおよびスピーカユニットの非モ
ーショナルインピーダンスの線形成分により決まること
となり、負性インピーダンス駆動した場合に非モーショ
ナルインピーダンスを低減または無効化することにより
残存する非モーショナルインピーダンスの非線形成分の
影響により発生する音響歪が、出力インピーダンスＯで
駆動すると従来の定電圧駆動による場合と同等となり、
また正のインピーダンスで駆動するとこの定電圧駆動に
よる場合より少なくなる。

［効果コ このように、この発明によると、電気音響変換器の実使
用状態における共振周波数のうち少なくとも音圧に関与
する共振周波数付近においてはこの変換器を負のインピ
ーダンスで駆動することによって、負性インピーダンス
駆動による制動力、駆動力および設計の自由度の向上等
の長所を生かすと同時に、前記変換器の非モーショナル
インピーダンスが音質に与える影響を無視し得ない帯域
においてはこの変換器を０または正のインピーダンスで
駆動することにより、非モーショナルインピーダンスに
よる悪影響を防止または低減することができる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る駆動装置の基本的
回路構成を示す。同図の駆動装置においては、利得Ａの
増幅回路１の出力をスピーカ２による負荷ＺＬに与える
。そして、この負荷ＺＬに流れる電流■、を検出し、伝
達利得βの帰還回路３を介して増幅回路１に正帰還する
。このようにすれば、駆動装置の出力インピーダンスＺ
。は、ｚＯ＝ｚｓ　（１−Ａβ）として求められる。こ
こで、ＺＳは、電流ＩＬを検出するセンサのインピーダ
ンスを示す。この式からＡβ〉１とすればＺｏは開放安
定形の負性インピーダンスとなり、Ａβ≦１とすればＯ
または正のインピーダンスとなる。

例えば、スピーカ２が第１３図に等価回路を示す動電形
スピーカユニットであれば、第１図においてＡβ〉１に
するとともに、第１図の電流検出用インピーダンスＺ、
として第１５図に示すように検出抵抗Ｒ３を用いること
によって、出力インピータンスはＺｏ　”　Ｒｓ　　（
１−Ａβ）＝−ＲＯとなり、負性抵抗になる。そして、
このように出力インピータンスを負性抵抗にしてスピー
カユニットを駆動する負性抵抗駆動は、等測的にボイス
コイル抵抗Ｒｖｃの値を小さくする効果がある。これに
より、振動系が定速度動作となり、駆動力および制動力
が増大する。

一方、高域をも負性抵抗駆動すると、高域においては等
価容量Ｃｏのインピーダンスが小さくなり、高域におけ
る駆動電流は抵抗ＲｖｃとインダクタＬｖｃのインピー
ダンスで決まるため、負性抵抗駆動により抵抗ＲＶＣが
小さくなる結果、高域の駆動電流がＬｖｃの影響を受は
易くなることになり、高域では逆に駆動インピーダンス
は高い方がＬｖｃの影響は小さくなる。さらに、この共
振周波数ｆ０から離れた周波数においては定速度化し難
いこと、およびもともと高域においては例えば質量制御
領域であり、定速度化してもあまり意味はないという事
実がある。

そこで、この実施例においては、この駆動装置の出力イ
ンピーダンスを、第２図に示すように、共振周波数ｆ。

付近の低域周波数においてはＡβ〉１として負性インピ
ーダンスとし、ボイスコイルの電気的インダクタンスＬ
ｖｃの効いてくる高域周波数においてはＡβく１として
正のインピーダンスとする。出力インピーダンスを周波
数に応じて負と正の間で可変または切換するためには、
Ａまたはβを周波数に応じて可変または切換すればよい
。なお、前記の低域と高域との中間の周波数帯域におけ
る出力インピーダンスの変化のさせ方については特に制
限はない。

第３図（ａ）は、負帰還回路３を、正帰還量βが低域で
は大きく、高域では小さくなるように構成した駆動装置
の回路例を示す。同図の回路は、電流ＩＬを検出するた
めのセンサとして電流検出抵抗Ｒｓを用いるとともに、
帰還回路３を、利得β。の増幅器３１と、電流検出抵抗
Ｒ３に発生する交流電圧信号の低域成分のみを通過して
増幅器３１に人力させるためのＬＰＦ（ローパスフィル
タ）３２とにより構成しである。

このＬＰＦ３２としては、例えば第３図（ｂ）に示すよ
うな回路を用いることができる。この回路の通過利得Ｇ
は、低域信号に対してはＧ：＝１であり、高域信号に対
してはＧｏｏである。したがって、第３図（ａ）におい
て、ＬＰＦ３２として第３図（ｂ）に示す回路を用い、
かつ増幅回路１の利得Ａおよび増幅器３１の利得β０を
Ａβ。〉１となるように設定すれば、低域信号に対して
はＡβ＝入（β。Ｇ）＝：Ａβｏ　＞　１となるから、
出力インピーダンスＺｏは、第１図を用いて前述したよ
うに、 Ｚ、＝Ｒ，（１−Ａβｏ　）　−−Ｒｏ　＜　０となり
、負性抵抗−Ｒ６どなる。また、高域信号に対してはＡ
β＝Ａ（β。Ｇ）中Ｏであるから、Ｚｏ＝Ｒ，（１−Ａ
β）血Ｒｓ となって、出力インピーダンスは、Ｒ５そのものの値に
ほぼ等しい正のインピーダンスとなる。すなわち、第３
図（ａ）の回路は、出力インピーダンスを、第４図に示
すように、低域では負、高域では正にすることができる
。

第５図は、負帰還回路３を正帰還と負帰還との両方に用
いた駆動装置の回路例を示す。同図の回路は、電流■、
を検出するためのセンサとして電流検出抵抗Ｒｓを用い
るとともに、帰還回路３を、正側（非反転）および負側
（反転）入力端を有する利得β。の増幅器３１と、電流
検出抵抗Ｒ，に発生する交流電圧信号の低域成分のみを
通過して増幅器３１の正側入力端に供給するＬＰＦ３２
と、電流検出抵抗Ｒ，に発生する交流電圧信号の高域成
分のみを通過して増幅器３１の負側入力端に供給するＨ
ＰＦ　（バイパスフィルタ）３３とにより構成したもの
である。

したがって、第５図の回路においては、低域信号に対し
ては、β〉０となり、 Ｚｏ＝Ｒ，（１−Ａβ０） となって、出力インピーダンスは、Ｒ，以下となり、Ａ
β。〉１において負性インピーダンスが実現できる。一
方、高域信号に対しては、β〈０となるから、 Ｚｏ＝Ｒｓ　（１＋Ａβ。） となって、出力インピーダンスは、Ｒ３以上の正のイン
ピーダンスとなる。

第６図は、第５図の回路の出力インピーダンスの周波数
特性を示す。

なお、第５図の回路において、ＬＰＦ３２およびＨＰＦ
３３のゲインを異ならせることにより、正のインピーダ
ンスの絶対値と負のインピーダンスの絶対値とを異なら
せることができる。例えば、第７図に示すように、ＨＰ
Ｆ３３のゲインをＬＰＦ３２より大きくすることにより
、第８図に示すように、正のインピーダンスの絶対値を
負のインピーダンスの絶対値より大きくすることができ
る。

このようにＨＰＦ３３のゲインをＬＰＦ３２より大きく
することによって、第９図に示すように、出力インピー
ダンスＺ０を、低域では　ＩＺｏｌ＜　Ｒｖｃなる負の
インピーダンスとし、高域ではボイスコイルのインダク
タンスＬｖｃのインピーダンスＺ　ＬＶＣに対してＺ＋
、ｖｃ　＜　　１Ｚｏｌなる正のインピーダンスとする
ことにより、共振周波数ｆ０付近では、スピーカ２に対
する制動力を増し、かつ高域では、ボイスコイルのイン
ダクタンスＬｖｃの影響、すなわち音響歪を小さくする
ことができる。

なお、駆動インピーダンスを変化させたことにより、出
力音圧の周波数特性が変化したときは、必要に応じて入
力側で補正するようにすればよい。

この駆動装置は、高域特性（特に歪特性）を改善する効
果と、共振周波数ｆ０付近の低域における制動力を増大
する効果を兼ね備えているため、特に、フルレンジスピ
ーカやマルチアンプシステムにおけるミツドレンジまた
はライターに適用して効果が大である。

ライター等は、共振周波数ｆｏとボイスコイルのインダ
クタンスＬｖｃが効き始める周波数ｆ　ＬＶＣとがある
程度離間しているが、ウーファ等の場合には、第１０図
に示すように、ｆＯとｆ　ＬＶＣとが近接しているもの
が多い、このような場合には、前記第４図、第６図、第
８図または第９図に示すような形の出力インピーダンス
特性では、所期の目的が達成し切れない場合がある。

第１１図は、共振周波数ｆ０とボイスコイルのインダク
タンスＬｖｃが効き始める周波数ｆ　ＬＶＣとがある程
度近接しているウーファ等に用いて好適な駆動装置の回
路例を示す、同図の回路は、第１図の回路における帰還
回路３として、オールバスフィルタ３４と増幅器３１と
からなる回路を用いたものである。第１１図において、
オールバスフィルタ３４は、所要の周波数帯域内の全域
において１の振幅伝達特性と、第１２図に示すように、
所定の周波数１２以上において位相が１８０°回転する
位相特性とを有するものである。

したがって、第１１図の回路においては、周波数ｆ＃よ
り低い低域信号に対してはβ〉０であるから、 Ｚｏ＝Ｒｓ　　（Ｉ　　Ａβ０） となって、出力インピーダンスは、Ｒｇ以下となり、Ａ
βｏ　＞　１において負性インピーダンスが実現できる
。一方、周波数１１以上の高域信号に対しては、βく０
となるから、 Ｚ□　＝　Ｒｓ　　（１＋　Ａ　Ｂｏ　）となって、出
力インピーダンスは、Ｒ８以上の正のインピーダンスと
なる。

したがって、この位相反転周波数ｆ、を、例えば第１０
図に示すような周波数に設定することにより、スピーカ
ユニットの制動力および駆動力の増大と、音響歪の低減
とを同時に達成することができる。

［発明の適用範囲１ 上述においては、この発明の駆動装置により動電形スピ
ーカユニットを駆動する例について説明したが、この発
明は、動電形スピーカユニット以外にも、その共振周波
数における非モーショナルインピーダンスを低減または
無効化することによって制動力、駆動力または設計自由
度等を向上させ得るスピーカユニットであって、前記共
振周波数以外においては非モーショナルインピーダンス
を低減または無効化することによる音響歪等の悪影響が
顕在化するようなスピーカユニット、例えば電磁形スピ
ーカユニットを駆動する際にも通用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の基本構成を示す回路図
、 第２図は、この発明の基本概念を説明するための出力イ
ンピーダンスの周波数特性図、第３図は、この発明の第
１の実施例を示す回路図、 第４図は、第３図の回路の出力インピーダンスの周波数
特性図、 第５図は、この発明の第２の実施例を示す回路図、 第６図は、第５図の回路の出力インピーダンスの周波数
特性図、 第７図は、第５図の変形例を説明するためのフィルタ（
ＬＰＦおよびＨＰＦ）特性図、第８図は、第７図のフィ
ルタを用いた回路の出力インピーダンスの周波数特性図
、 第９図は、第７図のフィルタを用いた回路の出力インピ
ーダンスを動電形スピーカユニットのインピーダンスと
対比した周波数特性図、第１０図は、ウーファの周波数
特性の一例を示す図、 第１１図は、この発明の第３の実施例を示す回路図、 第１２図は、第１１図の回路の出力インピーダンスの周
波数特性図、 第１３図は、動電形スピーカユニットを無限大バフルに
取り付けて定電圧駆動する場合の電気等価回路図、 第１４図は、第１３図の等価回路の電気インピーダンス
周波数特性図、そして 第１５図は、先願に係る負性インピーダンス発生回路の
基本構成図である。 １：増幅回路 ２；スピーカ ３：帰還回路 ３１：増幅器 ３２：ＬＰＦ（ローパスフィルタ） ３３：ＨＰＦ（バイパスフィルタ） ｆｏ＝共振周波数 Ｒｖｃ：ボイスコイルの電気抵抗 Ｌ　ｖｃ　：ボイスコイルの電気的インダクタンスｚ、
、Ｒｏ　：出力インピーダンス 実施例の基本構成説明図 出力インピーダンスの周波数特性図 筒 ２図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第１の実施
例の回路図 第３図 Ｚ。 出力インピーダンスの周６ｒＬ数特性図第　４１ 出力インピーダンスの周波数特性図 筒　６　図 帰還用フィルタの周波数特性図 出力インピーダンスの周波数特性図 第９図 スピーカユニットの電気的インピーダンスおよび駆動装
置の出力インピーダンスの周波数特性図第９図 ウーファの電気的インピーダンスの周波数特性図第１０
図 第３の実施例の回路図 第１１図 φ 帰還用フィルタの周波数特性図 第１２図 Ｒｖｃ　　　　Ｌｖｃ 電気等価回路図 電気インピーダンス周波数特性図 第 １４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気音響変換器を駆動する駆動装置であって、 前記変換器の実使用状態における共振周波数のうち少な
   くとも音圧に関与する共振周波数付近における出力イン
   ピーダンスを負に、前記変換器の非モーショナルインピ
   ーダンスが音質に与える影響を無視し得ない帯域におけ
   る出力インピーダンスを０または正に設定されているこ
   とを特徴とする駆動装置。