(57)【要約】【課題】入力信号に忠実な信号再生を行い得る高能率なスピーカ装置を提供する。【解決手段】発音源となる振動板２と、最小移動単位を有し、この最小移動単位に基づいて振動板２を量子化された振幅で振動させるリニアパルスモータ１１とを備える。そして、スピーカ装置１では、振動板２の振動を、リニアパルスモータ１１の最小移動単位を１ｂｉｔとして量子化された振幅により制御して振動板２をデジタル的に駆動することで、振動板２の振動を入力信号に忠実に再現する。【選択図】　図２
2004015666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発音源となる振動板と、
最小移動単位を有し、該最小移動単位に基づいて上記振動板を量子化された振幅で振動させる振動制御手段とを備えることを特徴とするスピーカ装置。
【請求項２】
上記振動制御手段は、リニアパルスモータであることを特徴とする請求項１記載のスピーカ装置。
【請求項３】
上記リニアパルスモータは、永久磁石と櫛歯状の凹凸を有する強磁性体とを有する固定子と、
櫛歯状の凹凸を有する強磁性体からなる可動子とを備え、
上記固定子と上記可動子とが所定間隔を隔てて、凹凸同士が相対向するよう配設されることを特徴とする請求項２記載のスピーカ装置。
【請求項４】
上記固定子は、相反する方向に電流の作用を受けるようにコイルが巻回されたｎ（但し、ｎ≧２）個の磁極部に分割されており、これら磁極部が上記可動子に対し１／ｎピッチずつずれるように配置されていることを特徴とする請求項３記載のスピーカ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルオーディオ信号を空気の振動に変換して信号再生を行うスピーカ装置に関し、特に発音源となる振動板の振動の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）プレーヤやＭＤ（Ｍｉｎｉ　Ｄｉｓｃ）プレーヤ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）プレーヤ等のデジタルオーディオ信号再生機が普及し、これにともない増幅器（アンプ）等のデジタル化も進み、優れたＳ／Ｎ特性及び音質再現性を有する音響システムが実現されている。この音響システムにおいて、デジタルオーディオ信号を空気の振動に変換する役割を担うのはスピーカ装置であるが、従来のスピーカ装置は永久磁石をコイルで発生させた誘導磁界により振動板を駆動させるマグネットスピーカ装置が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したスピーカ装置においては、一般に振動板はアナログ駆動されている。すなわち、デジタルオーディオ信号をスピーカ装置で再生する際、まずデジタルオーディオ信号は、デジタルローパスフィルタを介してデジタル／アナログ変換回路（以降、Ｄ／Ａ変換回路と称する）でアナログオーディオ信号に変換される。したがって、アンプ等における信号処理をデジタル化しても、振動板を駆動する信号がアナログ変換されるため、例えば入力信号に対して過移動（オーバーシュート）が大きく出たり、ダンピングが不充分なため、図８（ａ）に示すように振動が緩和される際に固有振動が付随してしまい、同図（ｂ）に示すような入力信号に対する忠実な信号再生が阻害される。
【０００４】
そこで、本発明は、入力信号に忠実な信号再生を行い得るスピーカ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係るスピーカ装置は、発音源となる振動板と、最小移動単位を有し、該最小移動単位に基づいて上記振動板を量子化された振幅で振動させる振動制御手段とを備えることを特徴とする。このような振動制御手段には、例えばリニアパルスモータを用いる。
【０００６】
本発明のスピーカ装置は、発音源である振動板の振動が、振動制御手段の最小移動単位を１ｂｉｔとして量子化された振幅により制御される。これによって、本発明では、振動板をデジタル的に駆動して振動させることが可能となる。したがって、本発明によれば、振動板の振動の振幅が入力信号に忠実に再現され、入力信号に対する過移動（オーバーシュート）や、振動が緩和される際の固有振動の発生が防止される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピーカ装置の具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
本発明に係るスピーカ装置は、ＣＤプレーヤ等のデジタルオーディオ信号再生機からのデジタルオーディオ信号に基づき振動板を振動させて音声を再生する。スピーカ装置１は、図１に示すように、円錐状の振動板２と、この振動板２に接続されるとともに、該振動板２の振動の状態（振幅）を制御させ且つ振動板２を振動させる振動制御手段としてのリニアパルスモータ１１とを備えてなる。スピーカ装置１においては、リニアパルスモータ１１をデジタルオーディオ信号に基づいて同図中矢印方向に移動させることによって振動板２を振動させ、この振動が大気中等の音響環境下に伝えられて音声が再生される。
【０００９】
振動板２は、金属材料、例えば、アルミニウムやチタニウム等、或いは高分子材料により形成されてなる。
【００１０】
リニアパルスモータ１１は、図２に示すように、固定子１２と可動子１３とからなる。固定子１２は、鉄等の強磁性体からなるベース１４と、同様に強磁性体からなる磁極部材１５と、これらベース１４と磁極部材１５との間に介在する永久磁石１６とからなる。固定子１２には、磁極部材１５と永久磁石１６とが、それぞれ一対、ベース１４に配されており、一方の永久磁石１６はベース１４側がＳ極、磁極部材１５側がＮ極となるよう配され、他方の永久磁石１６はベース１４側がＮ極、磁極部材１５側がＳ極となるよう配されている。
【００１１】
磁極部材１５は、永久磁石１６と接する面とは反対側に、一対の凸部が形成されており、永久磁石１６のＮ極と接する磁極部材１５の凸部が第１の磁極１５ａと第２の磁極１５ｂとされ、また永久磁石１６のＳ極と接する磁極部材１５の凸部が第３の磁極１５ｃと第４の磁極１５ｄとされている。これら第１乃至第４の磁極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、先端面側が、中央に一本の溝が形成され、この溝を挟んで二つの凸部が設けられる断面凹状に形成されている。
【００１２】
また、第１及び第２の磁極１５ａ、１５ｂの基部近傍には、コイル１７ａが、第３及び第４の磁極１５ｃ、１５ｄの基部近傍には、コイル１７ｂが巻回されている。コイル１７ａは、第１の磁極１５ａと第２の磁極１５ｂとに対して互いに逆向きにかつ直列に巻回され、またコイル１７ｂは、同様に第３の磁極１５ｃと第４の磁極１５ｄに対して互いに逆向きにかつ直列巻回されている。リニアパルスモータ１１においては、第１乃至第４の磁極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが強磁性体を介して永久磁石１６に近接して位置するため、コイル１７ａ、１７ｂのいずれにも電流を流さない場合、第１及び第２の磁極１５ａ、１５ｂ側の磁極部材１５がＮ極の磁石を、第３及び第４の磁極１５ｃ、１５ｄ側の磁極部材１５がＳ極の磁石を構成することになる。
【００１３】
可動子１３は、強磁性体からなり、図２に示すように、その一方主面、具体的には後述するように固定子１２と対向する側の面に複数条の溝が形成され、この一方主面が櫛歯状の凹凸面とされている。リニアパルスモータ１１においては、この可動子１３に振動板２が接続される。
【００１４】
リニアパルスモータ１１においては、固定子１２の各磁極の先端側と、可動子１３の櫛歯状の凹凸面とが相対向し、かつ平行なギャップを挟んで磁気回路を構成するよう固定子１２と可動子１３とが配設される。リニアパルスモータ１１では、例えばベアリングを介在させる等の機械的手段や、Ｎ極同士（又はＳ極同士）が対向する磁石等を配して磁石の反発力を利用する磁気的手段、或いは固定子１２側から可動子１３側に空気を吹き出す等の手法等により固定子１２と可動子１３との間のギャップが保持され、可動子１３の滑らかな移動を実現する。
【００１５】
上述したリニアパルスモータ１１は、相対向する凹凸面、すなわち固定子１２の各磁極の先端側の凹凸と、可動子１３の凹凸面とが同じピッチで形成されている。また、リニアパルスモータ１１は、第１の磁極１５ａの凹凸に対して第２の磁極１５ｂの凹凸が１／２ピッチずれるように、また第１の磁極１５ａの凹凸に対して第３の磁極１５ｃの凹凸が１／４ピッチずれるように、さらに第３の磁極１５ｃの凹凸に対して第４の磁極１５ｄの凹凸が１／４ピッチずれるように各磁極間の距離、及び磁極部材１５間の距離が調整されている。具体的には、例えば図２に示すように、第１の磁極１５ａと可動子１３との凹凸位置を一致させた場合、第２の磁極１５ｂは、凸部が可動子１３の凹部上に、凹部が可動部１３の凸部上に位置し、また第３の磁極１５ｃ及び第４の磁極１５ｄは、凸部が可動部１３の凹凸に半分ずつまたがる位置に位置するよう固定子１２における各磁極の位置が調整されている。
【００１６】
スピーカ装置１は、上述したように、上記構成を有するリニアパルスモータ１１、具体的には振動板２に接続された可動子１３を、入力されたデジタルオーディオ信号に基づき図１中矢印方向に往復駆動することによって振動板２を振動させる。以下に、振動板２を振動させるリニアパルスモータ１１の動作原理について説明する。まず、固定子１２に対して図３（ａ）に示す位置に可動子１３が位置する際に、コイル１７ａに対して順方向（同図中矢印Ｉ１方向）に電流を流す。すると、第２の磁極１５ｂの磁束がコイル１７ａで発生する誘導磁界により相殺される一方で、第１の磁極１５ａにはコイル１７ａで発生する誘導磁界により電流を流さない時の２倍の磁束が発生する。このとき、２倍となった第１の磁極１５ａの磁束の力で第１の磁極１５ａに最も近い可動子１３の凸部が、第１の磁極１５ａの凸部の直下、すなわち同図（ｂ）に示す位置まで引き寄せられ、その結果可動子１３が同図中矢印Ａ方向に移動する。このときの可動子１３の移動量は１／４ピッチである。
【００１７】
次に、同図（ｂ）に示すように、コイル１７ｂに対して順方向（同図中矢印Ｉ２方向）の電流を流す。すると、上記と同様に第４の磁極１５ｄの磁束が誘導磁界により相殺され、第３の磁極１５ｃの磁束が２倍となり、第３の磁極１５ｃの磁束の力で最も近い可動子１３の凸部が、第３の磁極１５ｃの凸部の直下、すなわち同図（ｃ）に示す位置まで引き寄せられ、可動子１３がさらに同図中矢印Ａ方向に１／４ピッチ分移動する。
【００１８】
さらに、同図（ｃ）に示すように、コイル１７ａに対して逆方向（同図中矢印Ｉ３方向）の電流を流すと、同様に第１の磁極１５ａの磁束が誘導磁界により相殺され、第２の磁極１５ｂの磁束が２倍となり、第２の磁極１５ｂの磁束の力で最も近い可動子１３の凸部が、第２の磁極１５ｂの凸部の直下、すなわち同図（ｄ）に示す位置まで引き寄せられ、可動子１３がさらに同図中矢印Ａ方向に１／４ピッチ分移動する。そして、同図（ｄ）に示すように、コイル１７ｂに対して逆方向（同図中矢印Ｉ４方向）の電流を流すと、同様に第３の磁極１５ｃの磁束が誘導磁界により相殺され、第４の磁極１５ｄの磁束が２倍となり、第４の磁極１５ｄの磁束の力で最も近い可動子１３の凸部が、第４の磁極１５ｄの凸部の直下まで引き寄せられ、可動子１３がさらに同図中矢印Ａ方向に１／４ピッチ分移動する。
【００１９】
このようにリニアパルスモータ１１においては、コイル１７ａへの順方向の電流、コイル１７ｂへの順方向の電流、コイル１７ａへの逆方向の電流及びコイル１７ｂへの逆方向の電流を順次切り換えて、すなわち図４に示すタイミングでパルス電流を流すことにより可動子１３を１ピッチ分だけ図３中矢印Ａ方向に移動させることができる。一方で、コイル１７ｂへの順方向の電流、コイル１７ａへの順方向の電流、コイル１７ｂへの逆方向の電流及びコイル１７ａへの逆方向の電流を順次切り換えて、すなわち図５に示すタイミングでパルス電流を流すことにより可動子１３を１ピッチ分だけ反矢印Ａ方向に移動させることができる。すなわち、リニアパルスモータ１１は、いずれのコイルにどの向きに電流を流し、どの磁極の磁束を相殺するかで可動子１３の移動方向が決定される。
【００２０】
上述したリニアパルスモータ１１における可動子１３の移動方向及び移動量は、電流を流す量と電流を流す方向の切り換えによって正確に制御される。そして、スピーカ装置１において、最小の移動単位である１／４ピッチ分の移動量を１ｂｉｔとし、この最小移動単位に基づいて量子化された振幅で振動板２を振動させることで、振動板２の振幅を正確に制御し得るようにデジタル的に振動させることができるようになる。また、このようなリニアパルスモータ１１の可動子１３の移動は、磁石の吸引力により最小移動量である１／４ピッチ毎に精度良く位置決めされつつ行われる。さらに、リニアパルスモータ１１の可動子１３は、コイル７ａ、７ｂに電流が流れていない時には、固定子１２側の磁石の吸引力によってしっかりと静止される。
【００２１】
したがって、スピーカ装置１では、振動板２の振動を止めたい時、或いは振幅の最大値において確実に停止、切り換えを行うことができるようになり、従来のアナログ駆動の如く、入力信号に対して過移動（オーバーシュート）が大きく出たることによるプリ振動や、ダンピングが不充分なため振動が緩和される際に固有振動が付随するダンピング信号等の付帯振動の発生を防止することができ、入力信号に対する忠実な信号再生を実現することができるようになる。また、スピーカ装置１では、振幅の途中においても、入力信号に忠実な位置に精度良く位置決めされ振動板２を振動させことができ、より忠実な信号再生を実現することができる。そして、この結果、高能率なスピーカ装置を実現することができる。なお、上述したように振動板２を振動させる場合、その振動面において、振動面内の定在波モード（分散モード、若しくは横モードと呼ばれる振動モード）が、１ｂｉｔ振動を無効にしないよう充分に抑制されていることが好ましい。
【００２２】
上記スピーカ装置１においては、上述したように振動板２の振幅を量子化してデジタル的に制御するため、ＣＤプレーヤ等のデジタルオーディオ信号再生機からのデジタルオーディオ信号をアナログ変換する必要が無くなる。したがって、スピーカ装置１によれば、デジタルオーディオ信号再生機から入力されるデジタルオーディオ信号を忠実に反映させて、振動板２を振動させることができるようになるとともに、信号入力から信号出力までの全てをデジタル信号の伝送で行うことができるためアナログを経由しないことによる駆動経路のシンプル化を実現することができる。また、信号入力から信号出力までの全てをデジタル信号の伝送で行うことで、上述したように忠実性が高く、高品位な音響出力を実現することができるばかりか、ダイナミックレンジを充分に取ることができるようになり、自然音響の忠実な再現が可能となる。
【００２３】
また、スピーカ装置１においては、高音質を保つために高価なアナログ材料を使用する必要が無くなることによって、コストダウンを図ることができるともに、入力信号にデジタル処理を行って人工的な音響効果や補正等を行うことができるようになる。
【００２４】
さらに、スピーカ装置１においては、最小振動単位が可動子１３の最小移動単位を移動した時の振動であるため、振動板２の振動が、一の振幅中においても、最小振動単位毎に可動子１３の位置に基づいて制御可能とされる。
【００２５】
図６に、上述したリニアパルスモータ１１により振動板２を振動させたスピーカ装置１において、リニアパルスモータ１１にパルス電流発生器を取り付け、振幅７５０μｍ、周波数４００Ｈｚの単一波長の振動を発生させた場合の発生音波をマイクで録音し、オシロスコープ上に波形を表示した図を示す。同図に示すからも明らかなように、パルス電流制御により駆動されるリニアパルスモータ１１で振動板２を振動させた場合に可聴周波数領域で動作することが確認でき、また揺れ戻し等の無い音声が出力されている。
【００２６】
なお、上述した実施の形態においては、円錐状の振動板２を一のリニアパルスモータ１１にて振動させるスピーカ装置１について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、図７に示すように板状の振動板２の両側端部にそれぞれリニアパルスモータ１１の可動子１３を接続し、これらを同図に示す矢印方向に駆動することによって振動板２を振動させるよう構成されるものであっても良い。
【００２７】
また、スピーカ装置１のリニアパルスモータ１１にあっては、永久磁石１５及び第１乃至第４の磁極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを有する部材を固定子１２とし、一方主面に櫛歯状の凹凸面を有する部材を可動子１３としているが、これらを逆に、すなわち櫛歯状の凹凸面を有する部材が固定され、永久磁石及び磁極を有する部材が移動する構成であってもよい。
【００２８】
さらに、リニアパルスモータ１１が４個の磁極（第１乃至第４の磁極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）を有し、これにより可動子１３が１／４ピッチの最小移動単位を有するものとして説明したが、磁極の数はこれに限定するものではなく、固定子１２が２以上の磁極に分割されていればよい。なお、固定子１２がｎ（但し、ｎ≧２）個の磁極に分割された場合、各磁極は可動子１２に対し１／ｎピッチずつずれるように配置される。
【００２９】
このように、本発明は上述した構成例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明のスピーカ装置によれば、発音源である振動板の振動を、振動制御手段の最小移動単位を１ｂｉｔとして量子化された振幅によって制御することにより、振動板のデジタル的な駆動による振動を実現することができる。したがって、本発明によれば、振動板の振動の振幅を入力信号に忠実に再現することができ、入力信号に対する過移動（オーバーシュート）や、振動が緩和される際に発生する固有振動を防止して、高能率なスピーカ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスピーカ装置の概略構成を示す図である。
【図２】同スピーカ装置を構成するリニアパルスモータの正面図である。
【図３】リニアパルスモータの可動子の駆動状態を説明する図である。
【図４】各コイルに対するパルス電流の供給状態を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】各コイルに対するパルス電流の他の供給状態を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】同スピーカ装置からの発生音波の波形を示す図である。
【図７】他の構成を有する本発明に係るスピーカ装置の概略構成を示す図である。
【図８】（ａ）は付帯振動が発生した波形出力を示す図であり、（ｂ）は付帯振動のない理想的な波形出力を示す図である。
【符号の説明】
１　スピーカ装置，２　振動板，１１　リニアパルスモータ，１２　固定子，１３　可動子，１４　ベース，１５　磁極部材，１５ａ　第１の磁極，１５ｂ　第２の磁極，１５ｃ　第３の磁極，１５ｄ　第４の磁極，１６　永久磁石，１７ａ、１７ｂ　コイル
【図１】
2004015666.tif 000003
【図２】
2004015666.tif 000004
【図３】
2004015666.tif 000005
【図４】
2004015666.tif 000006
【図５】
2004015666.tif 000007
【図６】
2004015666.tif 000008
【図７】
2004015666.tif 000009
【図８】
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