(57)【要約】【課題】Ｄ級アンプを有していながら、電気的構成が複雑なＨブリッジドライバや出力フィルタを必要とせず、トロイダルコアやコイルも不要にして、小型で磁気飽和による歪を無くすことができるスピーカを得る。【解決手段】磁界の変動に応じて変位する超磁歪部材２０と、超磁歪部材２０の周囲に間隔を設けて配置され、駆動電流に応じて超磁歪部材２０の変位方向に沿った向きの磁界を発生するコイルと、超磁歪部材２０の一端に支持された振動板３０と、コイルに駆動電流を供給するＤ級アンプと、を備え、コイルは、Ｄ級アンプのアップ側駆動電流で駆動されるアップ側コイル２２と、Ｄ級アンプのダウン側駆動電流で駆動されるダウン側コイル２４を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界の変動に応じて変位する超磁歪部材と、
超磁歪部材の周囲に間隔を設けて配置され、駆動電流に応じて超磁歪部材の変位方向に沿った向きの磁界を発生するコイルと、
超磁歪部材の一端に支持された振動板と、
上記コイルに駆動電流を供給するＤ級アンプと、を備え、
上記コイルは、上記Ｄ級アンプのアップ側駆動電流で駆動されるアップ側コイルと、上記Ｄ級アンプのダウン側駆動電流で駆動されるダウン側コイルを備えてなるスピーカ。
【請求項２】
超磁歪部材の変位方向一端は機械フィルタを介して基台に結合され、超磁歪部材の変位方向他端には別の機械フィルタを介して振動板が結合されている請求項１記載のスピーカ。
【請求項３】
機械フィルタは弾性体からなる請求項２記載のスピーカ。
【請求項４】
Ｄ級アンプのアップ側駆動回路およびダウン側駆動回路はそれぞれ駆動用ＦＥＴを備えている請求項１記載のスピーカ。
【請求項５】
アップ側駆動回路およびダウン側駆動回路の駆動用ＦＥＴには、ゲートドライバを介してそれぞれに、音声信号をパルス幅変調してなるＰＷＭ信号が入力される請求項４記載のスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｄ級アンプによって駆動されるスピーカに関するもので、特に、駆動方式に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｄ級アンプと呼ばれるスイッチングアンプが知られている。Ｄ級アンプは電力効率が高いという特徴があり、スピーカを駆動するオーディオアンプとしても使用されている。Ｄ級アンプには、デジタル信号を入力とするデジタルアンプがある。デジタルアンプは、入力信号のサンプリング周波数を１６倍あるいは３２倍というように高い周波数にする一方、数ビットの低い分解能で量子化し、量子化した信号でパルス幅変調をかけて生成したＰＷＭ信号を入力信号とする。上記デジタルアンプは、入力されたＰＷＭ信号に対応してスイッチング動作し、その出力信号はローパスフィルタに通し、パワー成分のみをスピーカに入力してスピーカを駆動するようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
また、上記のようなＤ級アンプに入力するＰＷＭ信号の生成過程で発生する高調波歪をあらかじめ予測し、高調波成分を元の信号から差し引いた後パルス幅変調を行なうことにより、パルス幅変調によって発生する高調波歪を相殺するＰＷＭ信号発生装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】実開平５−５５６９１号公報
【特許文献２】特開平６−２９８５７号公報
【特許文献３】特開２００５−２１８０７０号公報
【０００５】
図２は、従来のＤ級アンプを備えたスピーカの例を示す。図２において、例えば、音声信号がパルス幅変調されたＰＷＭ信号は、ゲートドライバ４０を経てＨブリッジドライバ４２に入力され、Ｈブリッジドライバ４２の出力が出力フィルタ４４を経てスピーカ４６に入力され、スピーカ４６を駆動するようになっている。ゲートドライバ４０とＨブリッジドライバ４２を含む部分がＤ級アンプを構成している。スピーカ４６は、一般的にはダイナミック型である。すなわち、永久磁石を含む磁気回路と、この磁気回路内において磁界が形成された磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、このボイスコイルの一端が固着された振動板と、この振動板の外周縁および上記磁気回路を保持するフレームを有してなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に記載されているような、あるいは図２に示すようなスピーカの駆動に用いられる従来のＤ級アンプは、シングルエンド出力にするために、トランジスタなどの能動素子をＨ形に接続したＨブリッジドライバが必要であり、加えて、上記能動素子をコンプリメンタリ接続する必要があることから、回路構成が複雑になる。また、Ｄ級アンプをシングルエンド出力にするために、不要な高周波を除去するローパスフィルタからなる出力フィルタを必要とする。
【０００７】
また、従来のＤ級アンプでは、十分大きなインダクタンスを得るためにトロイダルコアおよびこのコアに巻いたコイルが用いられているが、磁気飽和によって信号に歪が発生しないように、大型のトロイダルコアが必要であり、また、上記コイルの直流抵抗はできるだけ低いことが望ましく、そのためには太い線材でコイルを形成することが望ましい。しかし、大型のトロイダルコアと太い線材からなるコイルを使用すると、これらが嵩張って、Ｄ級アンプを備えたスピーカが大型化し、また、コスト高になる。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、Ｄ級アンプを有していながら、電気的構成が複雑なＨブリッジドライバや出力フィルタを必要とせず、トロイダルコアやコイルも不要にして、小型で磁気飽和による歪を無くすことができるスピーカを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るスピーカは、磁界の変動に応じて変位する超磁歪部材と、超磁歪部材の周囲に間隔を設けて配置され、駆動電流に応じて超磁歪部材の変位方向に沿った向きの磁界を発生するコイルと、超磁歪部材の一端に支持された振動板と、上記コイルに駆動電流を供給するＤ級アンプと、を備え、上記コイルは、上記Ｄ級アンプのアップ側駆動電流で駆動されるアップ側コイルと、上記Ｄ級アンプのダウン側駆動電流で駆動されるダウン側コイルを備えていることを最も主要な特徴とする。
超磁歪部材の変位方向一端は機械フィルタを介して基台に結合し、超磁歪部材の変位方向他端には別の機械フィルタを介して振動板を結合するとよい。
【発明の効果】
【００１０】
スピーカの振動板の機械的な駆動原理は、超磁歪部材による超磁歪現象によるものである。超磁歪部材の周囲に巻かれているコイルに音声信号に対応した電流を流すと、この電流に応じた磁界がコイルに発生し、この磁界の変化に応じて超磁歪部材が伸縮する。この伸縮運動が振動板に伝達されて振動板が振動し、振動板から上記音声信号に対応した音波が放射される。
【００１１】
超磁歪部材の周囲に巻かれているコイルはアップ側とダウン側に分かれていて、各コイルにはＤ級アンプからそれぞれに対応した駆動電流が供給され、アップ側の駆動とダウン側の駆動が行われる。したがって、従来のように、Ｄ級アンプをシングルエンド出力にする必要がないから構成の複雑なＨブリッジドライバは不要である。また、インダクタを使用する必要もなく、インダクタの磁気飽和による音の歪が発生することもない。
【００１２】
超磁歪部材の変位方向両端に機械フィルタを設け、これらの機械フィルタを介して超磁歪素子の各端を基台および振動板に結合することにより、不要な高周波は機械フィルタで除去され、有害な音波の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明にかかるスピーカの実施例を、図１を参照しながら説明する。
図１において、右側にスピーカの機械的な構成を示し、左側に駆動回路の構成を示している。スピーカは、円柱形状に形成された超磁歪部材２０を備えている。超磁歪部材２０は、磁界の変動に応じて変位（伸縮）する性質を有する超磁歪素子からなり、適宜の筐体内に配置されている。超磁歪素子とは、たとえばテルビウム、ディスプロシウム、及び鉄などを主成分とする単結晶合金から作られた素子であり、外部から磁界が印加されると、ジュール効果によって外部磁界の方向に沿って伸びる寸法の変化を起こす性質を有している。また、外部から応力を受けると、ビラリ効果によって磁化量の変化を生じて圧縮変形する性質を有する。超磁歪素子は、粉末冶金で作成され、圧縮強度が６００×１０６（Ｐａ）、引っ張り強度が２０×１０６（Ｐａ）と、極めて高い機械強度を有する。ヤング率も２．０×１０６（Ｎ／ｍ２）と極めて高い。
【００１４】
超磁歪部材２０の周囲には、超磁歪部材２０の外周面との間に間隔をおいて二つのコイル２２，２４が配置され、超磁歪部材２０の周囲にコイル２２，２４が巻かれた形になっている。二つのコイル２２，２４は後述のＤ級アンプから駆動電流が供給され、駆動電流に応じて超磁歪部材２０の変位方向に沿った向きの磁界を発生するようになっている。コイル２２はアップ側の駆動コイル、コイル２４はダウン側の駆動コイルとなっていて、それぞれの駆動コイルに供給される駆動電流に応じて超磁歪部材２０をアップ側とダウン側に駆動する。
【００１５】
超磁歪部材２０の変位方向である長さ方向両端には機械フィルタ２６，２８が固着されている。機械フィルタ２６，２８は、例えばゴムなどの弾性体からなり、高周波成分を吸収して外部へ伝達するのをカットする機能を持っている。超磁歪部材２０の変位方向一端（図１において下端）は機械フィルタ２６を介してスピーカの筐体の一部をなす基台２９に結合されている。超磁歪部材２０の変位方向他端（図１において上端）には機械フィルタ２８を介して振動板３０が結合されている。振動板３０はコーン形になっていて、コーン形振動板３０の基部が機械フィルタ２８に結合され、コーン形振動板３０の開放端外周縁部はスピーカの筐体の一部をなすフレーム等に結合されている。コイル２２，２４に入力される音声信号に対応して発生する磁界により超磁歪部材２０が伸縮し、この伸縮運動が振動板３０に伝達されて振動板３０が振動し、振動板３０から音波が放射される。
【００１６】
次に、上記のように構成されたスピーカの機械的構成部分を駆動する駆動回路について説明する。駆動回路はＤ級アンプを構成していて、図１に示す例では、ゲートドライバ１０と、ＭＯＳ−ＦＥＴドライバ１２で構成されている。ゲートドライバ１０には、例えば、前述のように、入力信号のサンプリング周波数を１６倍あるいは３２倍というように高い周波数にする一方、数ビットの低い分解能で量子化し、量子化した信号でパルス幅変調をかけて生成したＰＷＭ信号を入力信号とする。ＭＯＳ−ＦＥＴドライバ１２は、前記アップ側のコイル２２を駆動するアップ側のＭＯＳ−ＦＥＴ１４と、ダウン側のコイル２４を駆動するダウン側のＭＯＳ−ＦＥＴ１６を有してなる。ＭＯＳ−ＦＥＴ１４とコイル２２は、電源１８とアースとの間に直列的に接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ１６とコイル２４は、電源１８とアースとの間に直列的に接続されている。上記ＰＷＭ信号はアップ側とダウン側に分かれてゲートドライバ１０に入力し、ゲートドライバ１０は、アップ側とダウン側のＰＷＭ信号に基づいてスイッチング信号をＭＯＳ−ＦＥＴ１４，１６のゲートに入力し、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４，１６を駆動するように構成されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１４，１６は、ゲートに入力される信号に応じてスイッチング動作し、コイル２２，２４に駆動電流を供給する。
【００１７】
以上説明した実施例によれば、アップ側のコイル２２にはアップ側のＭＯＳ−ＦＥＴ１４から駆動電流が供給され、ダウン側のコイル２４にはダウン側のＭＯＳ−ＦＥＴ１６から駆動電流が供給される。コイル２２，２４はそれぞれに供給される駆動電流に応じて磁界を発生し、それぞれの磁界に応じて超磁歪部材２０がアップ側とダウン側に伸縮する。超磁歪部材２０の伸縮に応じて振動板３０が振動し、音波が放射される。
【００１８】
このように、二つのコイル２２，２４と超磁歪部材２０の組み合わせによって振動板３０をアップ側とダウン側に駆動し、アップとダウンを機械的に合成するため、従来のＤ級アンプを用いたスピーカのように、Ｄ級アンプをシングルエンド出力にする必要がなく、構成の複雑なＨブリッジドライバは不要である。また、インダクタを使用する必要もないから、インダクタの磁気飽和による音の歪が発生することもない。
【００１９】
不要な高周波成分は、機械フィルタ２６，２８で除去され、振動板３０や基台２９に高周波成分が伝達されるのを阻止するため、高周波成分による有害な音波の発生を防止することができる。また、従来のように、電気的に複雑な出力フィルタを使用する必要がないから、コストを低減することができる。
【００２０】
上記のように、インダクタが不要であるなどの理由から、Ｄ級アンプの物理的な大きさを小さくすることができ、Ｄ級アンプをスピーカの筐体内に内蔵することが容易になる。また、Ｄ級アンプをスピーカの筐体内に内蔵しかつコイル２２，２４の近傍に配置することも容易で、これにより、デジタル信号部分の電気配線を短くすることができ、不要な輻射を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るスピーカの実施例をスピーカ部分の断面図とともに示す回路図である。
【図２】従来のＤ級アンプを備えるスピーカの例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０    ゲートドライバ
１２    ＭＯＳ−ＦＥＴドライバ
１４    ＭＯＳ−ＦＥＴ
１６    ＭＯＳ−ＦＥＴ
２０    超磁歪部材
２２    コイル
２４    コイル
２６    機械フィルタ
２８    機械フィルタ
２９    基台
３０    振動板
【図１】
2008258719.tif 000003
【図２】
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