(57)【要約】      （修正有）【課題】デジタルによる駆動力をアナログに変換して駆動する部分が破損することの無いスピーカを提供する。【解決手段】スピーカ１０は、一面側に開口部を有する有底筒状の筐体１１と、この筐体内に配置され、磁界の変動に応じて変位する超磁歪部材１２と、この超磁歪部材の周囲に間隔を設けて配置され、デジタル信号に基づく駆動電流の供給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磁界生成部１３と、筐体の開口部側に配置され、超磁歪部材の一端に支持された振動板１４と、を少なくとも備える。また、スピーカは、磁界生成部が、デジタル信号の各出力ビットに対応する複数の磁界発生コイル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号に基づき音波を発生して放音するスピーカであって、
放音側に開口部を有する有底筒状の筐体と、
この筐体内に配置され、磁界の変動に応じて変位する超磁歪部材と、
この超磁歪部材の周囲に間隔を設けて配置され、デジタル信号に基づく駆動電流の供給に応じて前記超磁歪部材の変位方向に沿った向きの磁界を発生する磁界生成部と、
前記筐体の開口部側に配置され、前記超磁歪部材の一端に支持された振動板と、
を少なくとも備え、
前記磁界生成部は、デジタル信号の各ビットに対応する複数の磁界発生コイルからなることを特徴とするスピーカ。
【請求項２】
前記振動板は、高音域減衰手段を介して前記超磁歪部材の一端に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ。
【請求項３】
前記磁界生成部は、その近傍に放熱器を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ。
【請求項４】
前記磁界生成部は、前記磁界発生コイルが直列に配置されたものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のスピーカ。
【請求項５】
前記磁界生成部は、前記磁界発生コイルが並列に配置されたものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル信号に基づき音波を発生して放音するスピーカに係るものであり、詳しくは、超磁歪素子を用いて振動板を振動させて音声を出力するスピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル信号に基づき音波を発生して振動板より放音するスピーカとして、コンデンサ型やダイナミック型等、多くのスピーカが提案されている（たとえば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
たとえば、コンデンサ型スピーカの場合、振動板の面積あるいは駆動する電圧を量子化された各ビットの大きさに対応させ、入力されたデジタル信号を振動板上でアナログに合成している。
図５は、デジタル信号によって駆動するコンデンサ型スピーカに用いられる振動板の一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面図、（ｃ）はスピーカの電極となる振動板を放射状に分割し、それぞれの面積（角度）をデジタル信号の各ビットの重みに対応して設定した面積比の一例を示す模式図である。
図５（ａ）及び（ｂ）において、振動板１１１は振動板保持体１１２の一面側に張設されている。また、図５（ｃ）において、振動板１１１は、デジタル信号の各ビットの重みに応じた領域を有している。ここでは８ビットに適用する場合を示し、最上位ビットに対応する領域をＭＳＢ、その一つ下位のビットに対応する領域を２ＳＢ、更にその一つ下位のビットに対応する領域を３ＳＢ、以下一つ下位のビットごとに対応する領域をそれぞれ４ＳＢ、５ＳＢ、６ＳＢ、７ＳＢとし、最下位ビットに対応する領域をＬＳＢとしている。
【０００４】
しかしながら、このようなコンデンサ型スピーカでは、隣接するビットに加わる駆動力が逆である場合、たとえば図５中において符号Ａで示す相互の境部分は、互いに反対方向に動こうとする。そのため、振動板に引っ張り力が加わって前記境部Ａにおいて非線形な動作をし、これに起因して発生音に歪みが生じてしまう。
また、音圧を上げるために、印加電圧を上げる等の手法で駆動力を増加すると、振動板の前記境の部分Ａが塑性変形して破壊してしまう虞もある。
【０００５】
一方、ダイナミック型スピーカの場合、振動板を駆動するボイスコイルの部分を複数に区分し、各ボイスコイルを駆動する電力をそれぞれのボイスコイルが受け持つ各ビットの大きさに対応させることによって実現できる。
従来のダイナミック型スピーカの一例としては、たとえば図６に示すことが出来る。
図６において、デジタルスピーカ１２０は、中心部にセンターポール１２８を備える略有底筒状のヨーク１２２と、前記センターポール１２８の基端部外周を囲むように配された環状のマグネット１２６とを備える。このマグネット１２６とヨーク１２２とセンターポール１２８とによって磁気回路を構成している。また、デジタルスピーカ１２０は、磁気回路内に、このセンターポール１２８の外周に隙間を有して取り囲むコイルボビン１２７と、このコイルボビン１２７に取り付けられた複数のボイスコイル１２３と、このボイスコイル１２３の先端部に取り付けられた振動板１２１と、を備える。図６において、ボイスコイル１２３は、第一コイル１２３ａから第八コイル１２３ｈまでの八つのコイルによって構成されている。ここでは、第一コイル１２３ａがＭＳＢ（最上位ビット）に対応し、第二コイル１２３ｂがその一つ下位のビットの２ＳＢに対応し、第三コイル１２３ｃがさらにその一つ下位のビットの３ＳＢに対応し、以下同様に、第四コイル１２３ｄが４ＳＢ、第五コイル１２３ｅが５ＳＢ、第六コイル１２３ｆが６ＳＢ、第七コイル１２３ｇが７ＳＢ、と何れも一つ下位のビットごとに対応し、第八コイル１２３ｈがＬＳＢ（最下位ビット）に対応していることを示している。
このような構造のダイナミック型スピーカ１２０では、基本的に振動板１２１に結合する１つのボイスコイル１２３が磁界と交差することにより、ボイスコイル１２３に流れる電流に比例して当該ボイスコイル１２３自身が動く。そして、ボイスコイル１２３に結合した振動板１２１が振動して、音声信号を得ている。そのため、このようなダイナミック型スピーカでは、各ビットに対応するボイスコイルを機械的に結合する必要がある。
【０００６】
ところが、各ビットに対応する各コイル１２３ａ、１２３ｂ・・１２３ｈを並列に配置する方法では、磁極との距離が離れてしまい十分な磁束密度が得られず機能が低下してしまう問題を有する。
また、紙等の非磁性体であり、かつ、非導電性の材料によりコイルボビンとなる管を構成し、この管を用いて各コイル１２３ａ、１２３ｂ・・１２３ｈを機械的に直列に接続する方法では、前述のような磁束密度の低下は防止できる。ところが、紙管のように機械強度が不十分な場合、たとえば図５中において符号Ｂで示す部分において隣接するビットの極性が逆であると、この部分に圧縮や引っ張りの力が加わり、紙管が軸方向に潰れ破損してしまう。
そこで、コイルボビンの機械強度を高めることが考えられるが、コイルボビンの機械強度を十分に取るようにすると、ボイスコイルを機械的に結合する管の重量が増加し、重量が増加した分の駆動力を増加させる必要がある。そうすると、周波数応答が劣化してしまう。また、駆動力を増加させるために駆動電流を増加させると、ボイスコイルに流れる電流による発熱によって、管とボイスコイルとを一体化する接着剤が軟化してしまう。そのため、信号が入力される毎に、管とボイスコイルがスリップし、あるいはボイスコイル自体が焼損する虞がある。
また、コイルボビンを用いずに、巻線の途中からタップをし、接着剤によって複数相互を直列に接続するボイスコイルも考えられる。ところがこの場合は、ボイスコイルに流れる電流による発熱によって接着剤が軟化し、各コイルの接続が破損してしまう虞がある。
【０００７】
このような振動板面での不都合や、ボイスコイル接続部での不都合は、デジタルによる駆動力をアナログに変換して駆動する部分の機械強度の不足に起因する。
【０００８】
また、駆動部として磁歪素子あるいは超磁歪素子を用いたスピーカが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
しかしながら、特許文献３に記載されたものは、アナログタイプのスピーカに関するものであり、デジタルによる駆動力をアナログに変換する部分の機械強度の不足に対応するものではない。
【特許文献１】特開平１０−５１８７８号公報
【特許文献２】特開平１０−１４５８８７号公報
【特許文献３】特開２００４−３６３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、デジタルによる駆動力をアナログに変換して駆動する部分が破損することの無い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】
【００１０】
本発明に係るスピーカは、デジタル信号に基づき音波を発生して放音するスピーカであって、放音側に開口部を有する有底筒状の筐体と、この筐体内に配置され、磁界の変動に応じて変位する超磁歪部材と、この超磁歪部材の周囲に間隔を設けて配置され、デジタル信号に基づく駆動電流の供給に応じて前記超磁歪部材の変位方向に沿った向きの磁界を発生する磁界生成部と、前記筐体の開口部側に配置され、前記超磁歪部材の一端に支持された振動板と、を少なくとも備え、前記磁界生成部は、デジタル信号の各ビットに対応する複数の磁界発生コイルからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスピーカによれば、デジタル信号に基づく駆動電流が磁界生成部に供給されると、この磁界生成部が備える複数の磁界発生コイルにおいて各ビットに対応したそれぞれの磁界発生コイルに電流が流れ、磁界を発生する。発生した磁界は超磁歪部材に付与され、超磁歪部材は、デジタルによる駆動力をアナログに変換して駆動する部分となり、付与された磁界による駆動力を合成し、これに基づいて伸張変位する。伸張変位により発生した振動は振動板へ伝達され、振動板は超磁歪部材からの変位を受け、この変位に基づいて駆動され振動する。
したがって、デジタルによる駆動力をアナログに変換して駆動する部分が破損することの無いスピーカを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るスピーカの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るスピーカの一例を示す縦断側面図である。
図１に示すように、スピーカ１０は、デジタル信号に基づき音波を発生して放音するスピーカであって、筐体１１と、超磁歪部材１２と、磁界生成部１３と、振動板１４と、を少なくとも備える。
【００１３】
筐体１１は、超磁歪部材１２や磁界生成部１３、振動板１４等を収納するケースであり、たとえば放音側に開口部を有する有底筒状をした中空体とすることが出来る。
【００１４】
超磁歪部材１２は、前記筐体１１内に配置され、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を材料とする。また、超磁歪部材１２は、たとえば円柱形状をしたものであり、一端において振動板１４を支持すると共に、他端が筐体１１の底面に固定されている。
この超磁歪素子とは、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や、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。また、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。また、ヤング率も２．０×１０６（Ｎ／ｍ２）と極めて高い。
このように、超磁歪部材は機械強度が高い素子より構成されているので、隣接するビットに逆の応力が加わっても破損してしまうことが無い。しかも、ヤング率が高いことから、高い周波数に対する応答を確保することが出来る。
【００１５】
磁界生成部１３は、前記超磁歪部材１２の外周面との間に間隔を設けて配置され、デジタル信号に基づく駆動電流の供給に応じて前記超磁歪部材１２の変位方向に沿った向きの磁界を発生する。また、本発明では、磁界生成部１３は、デジタル信号の各ビットに対応する複数の磁界発生コイルから構成されるものである。
図１において、磁界生成部１３は、量子化ビット数が８ビットに対応する場合を示し、第一コイル１３ａから第八コイル１３ｈまでの八つの磁界発生コイルによって構成されている。これらの磁界発生コイルは、第一コイル１３ａがＭＳＢ（最上位ビット）に対応し、第二コイル１３ｂがその一つ下位のビットの２ＳＢに対応し、第三コイル１３ｃがさらにその一つ下位のビットの３ＳＢに対応し、以下同様に、第四コイル１３ｄが４ＳＢ、第五コイル１３ｅが５ＳＢ、第六コイル１３ｆが６ＳＢ、第七コイル１３ｇが７ＳＢ、と何れも一つ下位のビットごとに対応し、第八コイル１３ｈがＬＳＢ（最下位ビット）に対応している。この磁界発生コイルには、オーディオ再生機器等（不図示）が接続され、これらのオーディオ再生機器等から発せられたデジタル信号に基づいてコイルの磁界が変動するようになっている。より具体的には、８ビットのデジタル信号の各ビットに対応する磁界発生コイルに、それぞれの磁界発生コイルが受け持つビットの信号が入力され、各磁界発生コイルからそれぞれのビットの信号に対応した磁界が発生する。
【００１６】
また、磁界生成部１３は、上述した複数の磁界発生コイルが直列に配置された構造を有するものとなっている。このような構造を有する磁界生成部１３を備えたスピーカは、正面（図１において上面）から見た面積が小さく、狭い範囲に設置でき、省スペース化に寄与することが出来る。
【００１７】
また、上記実施例にかかるスピーカの駆動回路は、たとえば図２に示すことが出来る。
図２において、電流スイッチＳＷは、デジタル信号の各ビットによってコントロールされ、「０」の時にオフ、「１」の時にオンとなる。この電流スイッチＳＷには、それぞれに同価の電流源を持たせてある。つまり、磁界生成部１３によって超磁歪部材１２が各ビットに対応した変位を得るためには、各ビットに対応して超磁歪部材１２に加える磁界を制御する必要がある。したがって、各ビットに対応した磁界発生コイルに流す電流に重み付けをし、磁界発生コイルの位置による発生磁束の過不足は、各ビットに流す電流をあらかじめ調整することによって調整しておく。
【００１８】
振動板１４は、前記筐体１１の開口部側に配置され、前記超磁歪部材１２の一端に支持された発音源であり、略円錐形状（コーン形状）の薄板からなる。振動板１４は、磁界生成部１３に供給される入力信号に応じた超磁歪部材の変動に応じた振動が伝達されることによって、音声出力が可能な構造となっている。
【００１９】
したがって、本実施形態によるスピーカでは、デジタル信号に基づき、ビットごとの駆動電流がそれぞれのビットに対応する磁界発生コイルにおいてオン、オフされる。それぞれのビットにおける磁界発生コイルの駆動電流がオンすると、磁界発生コイルが超磁歪部材の軸方向に沿った向きの磁界を生成する。また、超磁歪部材は、前記磁界が加わることで、その軸方向に振動（伸縮）し、寸法（長さ）が変位する。その結果、この変位が振動板に伝達され、その振動によって振動板から音声が出力される。
このように各ビットに対応した変位を発生するように、超磁歪部材に磁界を加え、振動板を駆動することで、デジタルによる駆動力をアナログに変換して駆動する部分が超磁歪部材となるので、駆動部が破損することの無いスピーカとすることが出来る。
【００２０】
また、本発明では、振動板１４が高音域減衰手段１５を介して前記超磁歪部材１２の一端に支持されたものとしても良い。高音域減衰手段１５は、高調波成分を低減して音響的にローパスフィルタとして作用するものであり、たとえば弾性を有するゴムのような部材からなる。具体的には、所謂機械フィルタまたはメカニカルフィルタと称されるものである。したがって、この高音域減衰手段１５は、入力される信号の高周波成分を取り除き、スピーカを駆動するための音声信号を取り出して出力する。
このように高音域減衰手段１５を設けることにより、デジタル信号を合成することによって輻射された不用な高周波成分が取り除かれ、振動板に伝達されないようにすることが出来る。
【００２１】
また、本発明では、図３に示すように、磁界生成部１３の近傍に放熱器１６をさらに備えるスピーカ２０としても良い。つまり、本発明では、磁界生成部１３自身が動くことは無く筐体１１に固定することが出来るので、磁界生成部１３が駆動されることによって発生する熱を発散させるための放熱器１６を設置することが出来る。
このように放熱器１６を設けることにより、駆動電流による磁界生成部１３の発熱を抑制し、磁界生成部１３が焼損してしまう虞を低減させることが出来る。
【００２２】
また、本発明では、磁界生成部が、上述した直列配置構造を有するスピーカに限らず、並列に配置された構造を有するものとしても良い。磁界発生コイルが並列に配置された構造を有するスピーカの一例は、図４に示すことが出来る。ここでは、先に説明した実施形態と異なる部分を中心に説明する。したがって、上述した実施形態と同様の構成部分は同じ符号を付してその説明は省略し、特に説明しない限り同じであるものとする。
【００２３】
図４に示すように、スピーカ３０は、デジタル信号に基づき音波を発生して放音するスピーカであって、筐体２１と、超磁歪部材２２と、磁界生成部２３と、振動板１４と、を少なくとも備える。
筐体２１は、超磁歪部材２２や磁界生成部２３、振動板１４等を収納するケースであり、たとえば放音側に開口部を有する有底筒状をした中空体とすることが出来る。したがって、上述した実施形態における筐体１１とは、長さが短く（高さが低く）、幅（径）が広くなるなど、寸法が相違するだけである。
【００２４】
超磁歪部材２２は、前記筐体２１内に配置され、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を材料とし、たとえば円柱形状をしたものであり、一端において振動板１４を支持すると共に、他端が筐体２１の底面に固定されている。したがって、上述した実施形態における超磁歪部材１２とは、長さ（高さ）が半分程度に短くなっていて、この点において相違している。
【００２５】
磁界生成部２３は、前記超磁歪部材２２の周囲に間隔を設けて配置され、デジタル信号に基づく駆動電流の供給に応じて前記超磁歪部材２２の変位方向に沿った向きの磁界を発生する。また、本発明では、磁界生成部２３は、デジタル信号の各ビットに対応する複数の磁界発生コイルから構成されるものである。
図４において、磁界生成部２３は、内側に配された第一コイル２３ａと、外側に配された第二コイル２３ｂ乃至第八コイル２３ｈとから構成されている。つまり、第一コイル２３ａと、第二コイル２３ｂ乃至第八コイル２３ｈとが内外に並列的に配置されている。
【００２６】
このように磁界発生コイルが並列に配置された構造を有する磁界生成部２３により、各ビットに対応した変位を発生するように、超磁歪部材に磁界を加え、振動板を駆動することで、駆動部が破損することの無いスピーカとすることが出来ると共に、立体的に低い（薄い）高さで設置でき、前記第１の実施例と比較すると、奥行き寸法を小さくすることが出来る。
【００２７】
なお、この第３の実施例において、振動板２４が高音域減衰手段２５を介して前記超磁歪部材２２の一端に支持されたものとしても良い。さらに、磁界生成部２３の近傍に放熱器（不図示）をさらに備えるものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るスピーカの第一の実施例を示す縦断側面図である。
【図２】本発明に係るスピーカの駆動回路の例を示す回路図である。
【図３】本発明に係るスピーカの第二の実施例を示す縦断側面図である。
【図４】本発明に係るスピーカの第三の実施例を示す縦断側面図である。
【図５】従来のコンデンサ型スピーカに用いられる振動板の概要を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は振動板を放射状に分割し、それぞれの面積（角度）を２進コード化されたデジタル信号の各ビットの重みに対応して設定した面積比を示す模式図である。
【図６】従来のダイナミック型スピーカの例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０，２０，３０  スピーカ
１１，２１  筐体
１２，２２  超磁歪部材（超磁歪素子）
１３，２３  磁界生成部
１４  振動板
１５  高音域減衰手段（ローパスフィルタ）
１６  放熱器
【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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