(57)【要約】【課題】ボイスコイルの振動をロスなくカーボン振動板へ伝えること。【解決手段】炭素質音響振動板２５を備えたスピーカ本体１、ディジタル音源１０から供給される多値ビットのディジタル音声信号を所要ビットのディ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、ディ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、ディ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とを具備したディジタルスピーカユニットであり、ボイスコイル２４は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カーボン振動板２５に直接当接された状態で固定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項２】
前記ボイスコイルは、ディ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ィ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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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から請求項４のいずれかに記載のスピーカユニット。
【請求項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から請求項５のいずれかに記載のスピーカユニット。
【請求項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から請求項６のいずれかに記載のスピーカユニット。
【請求項８】
炭素質音響振動板と、
前記炭素質音響振動板を保持する可撓性のフィルム体と、
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可撓性のフィルム体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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声再生用のスピーカユニットに関し、特にディ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。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディ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ィ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に記載のディジタルスピーカは、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を、ディ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ィジタル信号の各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、ディ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。
【０００３】
また、ディジタル信号から高い品質のアナログ信号を生成するディジタルアナログ変換装置をディ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ィ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）。
【０００４】
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ィ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３２６２９１号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１３５９２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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ィ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スピーカユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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、ディ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ィ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。
【００１０】
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ィ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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
また本発明のスピーカユニットは、炭素質音響振動板と、前記炭素質音響振動板を保持する可撓性のフィルム体と、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可撓性のフィルム体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。
【００２１】
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を保持するフィルム体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フィルム体及び炭素質音響振動板に伝えられる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るディ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
【図２】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
【図３】ローラ通過前後におけるコイル用ワイヤーは断面形状を示す図
【図４】押しつぶしたコイル用ワイヤーを巻き取り冶具に巻き取る様子を示す図
【図５】押しつぶしたコイル用ワイヤーを巻き取った巻き取り冶具の一部の断面図
【図６】ボイスコイルの引き出し線の引き出し位置を示す図
【図７】ディジタルスピーカユニットにおけるスピーカ本体の駆動系を示す図
【図８】上記一実施の形態においてドライバ回路とボイスコイルとの接続関係を示す図
【図９】上記一実施の形態におけるデルタシグマ変調器の回路構成図
【図１０】カーボン振動板に凸部を形成したスピーカ本体の構成図
【図１１】カーボン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
【図１２】ボイスコイルの変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、ディジタル音源から供給されるディ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ィジタルスピーカユニットである。なお、本発明はディ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。
【００２５】
図１は本発明の一実施の形態に係るディ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。
【００２６】
スピーカ本体１は、鉄片で構成され断面U形状をなすヨーク２１、センターピース２２、永久磁石２３、筒状をなすボイスコイル２４及びカーボン振動板２５を備えている。ヨーク２１は、ボイスコイル２４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２１の底面外周縁部から立ち上がる壁部２１ａ（２１ｂ）は、ボイスコイル２４の外周面と対向する。ボイスコイル２４の内部空間にセンターピース２２が配置されている。
【００２７】
センターピース２２の下面とヨーク２１側の対向面（ヨーク上面）との間には永久磁石２３が設置されている。永久磁石２３は、センターピース２２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２１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。この永久磁石２３とヨーク２１とセンターピース２２とによって磁気回路を構成している。
【００２８】
ヨーク２１及びセンターピース２２の平面視形状については、特に限定されないが、ヨーク２１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２２は同形状（相似形状）の円形又は四角形をなし、かつヨーク端部２１ａ、２１ｂとセンターピース２２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。
【００２９】
ヨーク壁部２１ａ（２１ｂ）とセンターピース２２外周縁部との間に形成されたギャップにボイスコイル２４が配置されている。ボイスコイル２４は、複数の単位ボイスコイル２４-１、２４-２、２４-３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２４-１、２４-２、２４-３の数Nは後述する温度計コード変換部の出力ビット数Nに対応させている。ボイスコイル２４は、少なくともボイスコイル２４の一部がヨーク壁部２１ａ（２１ｂ）とセンターピース２２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１にはボイスコイル２４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２４-１、２４-２、２４-３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。
【００３０】
ヨーク２１及びセンターピース２２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としてカーボン振動板２５が配置されている。カーボン振動板２５は、ボイスコイル２４の外径寸法よりも大きな寸法を有している。カーボン振動板２５の下面に対してボイスコイル２４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２４の一端部がカーボン振動板２５側に固定され、ボイスコイル２４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２４は、カーボン振動板２５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。
【００３１】
ヨーク２１、ボイスコイル２４及びカーボン振動板２５の外周を囲むようにフレーム２６が配置されている。フレーム２６は、剛性の高い支持部２７を介してヨーク２１を保持し、弾性を有するエッジ２８を介してカーボン振動板２５を振動可能に支持している。エッジ２８は、カーボン振動板２５を振動自在に支持する機能と、カーボン振動板２５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。
【００３２】
上記した通り、カーボン振動板２５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２４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２４の一方の開口端部が直接当接していない領域となるカーボン振動板２５の外周縁部から距離Ｌ２までの範囲に、エッジ２８の振動板側端部を固定する取付け部２９を確保している。すなわち、エッジ２８は、振動板側端部２８ａが取付け部２９に固定され、フレーム側端部がフレーム２６の一部に固定されている。
【００３３】
ここで、ボイスコイル２４の製造工程について図２〜図５を参照して説明する。
図２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３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。
【００３４】
次に、図４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２４の筒形状となるように巻きつける。図１に示す３チャンネル（２４-１、２４-２、２４-３）構造の場合、最も内側に位置する単位ボイスコイル２４-３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２４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４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。
【００３５】
図５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。
【００３６】
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２４-３の巻き付け作業を終了する。単位ボイスコイル２４-３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。
【００３７】
次に、最も内側に位置する単位ボイスコイル２４-３の外周面に対して、中間に位置する単位ボイスコイル２４-２を構成するコイル用ワイヤー４２ａを、単位ボイスコイル２４-３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２４-２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２４-１の巻き付け作業を実施する。
【００３８】
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。
【００３９】
作製されたボイスコイル２４に発生する振動を効率良く（ロス無く）、カーボン振動板２５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。
【００４０】
このようにして、複数チャンネル分の単位ボイスコイル２４-１、２４-２、２４-３が一体化されたボイスコイル２４が得られる。このボイスコイル２４の一方の開口端部をカーボン振動板２５の下面に当接させた状態で接着固定する。
【００４１】
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２４を作成する。
【００４２】
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２４-１、２４-２、２４-３から引き出される引き出し線のテンションがカーボン振動板２５の振動特性に大きな影響を与える。カーボン振動板２５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２４-１、２４-２、２４-３から引き出される引き出し線については、カーボン振動板２５の振動特性を劣化させない引き出し構造が要求される。
【００４３】
図６は６個の単位ボイスコイルを備えたボイスコイル２４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２４-１〜２４-６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、長方形のカーボン振動板２５の場合、各長辺からは２つの単位ボイスコイル（２４-１、２４-２）（２４-４、２４-５）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２４-３、２４-６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、カーボン振動板２５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。
【００４４】
次に、ボイスコイル２４を駆動するための駆動系の構成について説明する。
図７は本実施の形態に係るディジタルスピーカユニットにおけるスピーカ駆動系のブロック図である。図７においてディジタル音源１０は、CDプレーや、DVDプレーヤ、その他のディジタル形式の音声再生デバイスで構成することができ、ディジタルスピーカユニットに対してディジタル音声信号を出力する。
【００４５】
本実施の形態のディ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の出力するディ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、上記したスピーカ本体１とを主な構成要素としている。
【００４６】
図８に示すように、N個（図１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。
【００４７】
上記スピーカ本体１では、永久磁石２３とヨーク２１とセンターピース２２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カーボン振動板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から出力されるディジタル信号の各ビット値に応じて電流が流される。
【００４８】
図９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ィジタル音声信号を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。
【００４９】
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、この特性がノイズシェーピング効果となる。
【００５０】
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ィ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。
【００５１】
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ィ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１を直接ディジタル信号で駆動できる。
【００５２】
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、１ビット信号（ＯＮ／ＯＦＦ）が出力される。温度計コード「１」の単位ボイスコイルには電流を流し、温度計コード「０」の単位ボイスコイルには電流が流れないように駆動する。単位ボイスコイルに流れる電流に比例して当該単位ボイスコイルに駆動力が働き、ボイスコイル２４に結合したカーボン振動板２５が振動して、音声が生成される。
【００５３】
本実施の形態のスピーカユニットは、図１に示すように、ボイスコイル２４の一端部がカーボン振動板２５に直接当接する構造であるので、ディジタル音声信号に対応してボイスコイル２４に励起された振動がロスなくカーボン振動板２５に伝えられる。すなわち、ディジタル駆動可能なボイスコイル２４で励起した振動を高効率でカーボン振動板２５に伝えられることから、ディジタル音声信号を忠実に再生した音を出力可能なディジタルスピーカを実現できる。
【００５４】
また、ボイスコイル２４の一端部がカーボン振動板２５に直接当接しているので、ボイスコイル２４に発生した熱（ジュール熱）がカーボン振動板２５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カーボン振動板２５をボイスコイル２４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２４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。
【００５５】
カーボン振動板２５がダンパー機能を有するエッジ２８を介してフレーム２６に支持されているので、ディジタルデータに対応してカーボン振動板２５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、当該ディジタルデータに対応した振動は速やかにエッジ２８で吸収される。
【００５６】
しかも、ダンパー機能を有するエッジ２８の振動板側端部はボイスコイル２４の当接位置から外側に外れた取付け部２９に固定されている。このため、ボイスコイル２４がカーボン振動板２５に与える振動を、ダンパー機能を有するエッジ２８が直接吸収してカーボン振動板２５が撓みづらくなるという不具合を回避でき、カーボン振動板２５の振動特性の劣化を最小限に抑えることができる。
【００５７】
また、ボイスコイル２４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２４-１〜２４-３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２１ａ，２１ｂとセンターピース２２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２４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。
【００５８】
次に、スピーカ本体１の変形例について説明する。
図１０はカーボン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。
【００５９】
ヨーク端部２１ａ，２１ｂとセンターピース２２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２４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２４を横切ることができる。特に、ボイスコイル２４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２４を横切る磁束数が最大になり、ボイスコイル２４に電流を流すことで最大の応力が生じる。すなわち、図１０に示すように、ボイスコイル２４の中心部がギャップ位置に来る配置が、最も効率よくカーボン振動板５１を振動させることができる。
【００６０】
ここで、カーボン振動板５１（下面）とセンターピース２２（上面）との間はカーボン振動板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、カーボン振動板５１（下面）とセンターピース２２（上面）との間隔を調整してボイスコイル２４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２４の長さを、振動板とは反対側（図１０中の下方側）に延長すれば、ボイスコイル２４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２４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２４はカーボン振動板５１が直接保持するので、ボイスコイル２４の重量が増大する方向の対策は望ましくない。
【００６１】
そこで、カーボン振動板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２４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２４の中心部がギャップ位置となる寸法に調整される。図１０ではボイスコイル２４の一端部から距離Ｄ２の位置が中心部となっている。
【００６２】
カーボン振動板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以外の部分のカーボン振動板５１の厚さｄ１を薄くして総重量の増加を抑えても良い。
【００６３】
このような変形例によれば、カーボン振動板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２４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２４を通る磁束数を最大化でき、最も効率よくカーボン振動板５１を振動させることができる。
【００６４】
なお、図１１に示すように、カーボン振動板５１に凸部５２を形成すると共に、カーボン振動板５１の板厚ｄ１を薄くする。これにより、カーボン振動板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、四角形のカーボン振動板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。
【００６５】
図１２（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１に示すスピーカ本体１と基本構造が同じであり、同図（ｂ）は図１０に示すスピーカ本体１と基本構造が同じである。
【００６６】
図１２（ａ）（ｂ）に示すスピーカ本体は、ボイスコイル２４を構成している各単位ボイスコイル６０-１，６０-２，６０-３が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２４に励起された振動をカーボン振動板５１へ伝える際のロスがさらに抑制される。
【００６７】
なお、図１２（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２１ａ，２１ｂとセンターピース２２外周部との間のギャップが大きくなるのを防止できる。
【００６８】
次に、本実施の形態で用いられるカーボン振動板２５の構造及び製造方法について詳しく説明する。
本発明のディ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音響振動板をカーボン振動板２５として用いることができる。このカーボン振動板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。
【００６９】
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。
【００７０】
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５μ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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
また、ドーム形状にして剛性を付与することも可能であるが、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。
【００８０】
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。
【００８１】
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カーボン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カーボン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。
【００８２】
センターフレーム方式のスピーカ本体１では、可撓性フィルムに上記ボイスコイル２４の一端部を直接当接させて振動させる。
【００８３】
以上説明したように、本発明の一実施の形態に係るディ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カーボン振動板をディ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。
【符号の説明】
【００８４】
１  スピーカ本体
１０  ディジタル音源
１１  デルタシグマ変調器
１２  温度計コード変換部
１３  ドライバ回路
２１  ヨーク
２２  センターピース
２３  永久磁石
２４  ボイスコイル
２４-１〜２４-３  単位ボイスコイル
２５、５１  カーボン振動板
２６  フレーム
２８  エッジ
５２  凸部
５３  リブ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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