(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固設された磁場の磁力線と直交するように配置された電磁型振動体のコイルに振動電流を流すことでコイルに振動力を発生させるための制御方法において、電磁型の振動体の振動を入力信号にできるだけ正確に比例させるために入力信号に対し振動体の自由運動に近い信号を出力するシュミレーション回路を実際の駆動回路とは独立して設置し、シュミレーション回路の加速度、速度、変位の出力信号を振動体の質量、摩擦、ばね力による歪みの補償、補正に用い、この補償補正した信号を電流増幅して振動体のコイルに供給し、振動体を入力信号に対してリアルタイムで入力信号に正確に比例させて振動させるようにし、前記シュミレーション回路は、入力信号の変化を加速度信号として取り出す加速度信号造出回路と、加速度信号を時間に関して一次積分し速度信号として取り出す速度信号造出回路と、加速度信号を時間に関して二次積分し変位信号として取り出す変位信号造出回路とを備えたことを特徴とする電磁型振動体のリアルタイム制御方法。
【請求項２】
固設された磁場の磁力線と直交するように配置された電磁型振動体のコイルに振動電流を流すことでコイルに振動力を発生させるための電磁型振動体制御装置において、コイルを振動させるための入力信号に対して自由運動に相当する加速度、速度、変位の各信号を出力するシュミレーション回路と、該シュミレーション回路の出力信号に対して振動体の質量、摩擦、ばね力の損失歪みを補償補正し振動体駆動信号を出力する補償・補正演算及びレベル変換回路と、該補償・補正演算及びレベル変換回路の出力信号を電流増幅し電磁型振動体のコイルに増幅した電流を供給して該コイルを振動駆動する電流増幅・電流出力回路とを備え、前記シュミレーション回路は、入力信号の変化を加速度信号として取り出す加速度信号造出回路と、加速度信号を時間に関して一次積分し速度信号として取り出す速度信号造出回路と、加速度信号を時間に関して二次積分し変位信号として取り出す変位信号造出回路とを備えたことを特徴とする電磁型振動体のリアルタイム制御装置。
【請求項３】
固設された磁場の磁力線と直交するように配置された電磁型振動体のコイルに振動電流を流すことでコイルに振動力を発生させるための電磁型振動体制御装置において、コイルを振動させるための入力信号に対して自由運動に相当する加速度、速度、変位の各信号を出力するシュミレーション回路と、該シュミレーション回路の出力信号に対して振動体の質量、摩擦、ばね力の損失歪みを補償補正し振動体駆動信号を出力する補償・補正演算及びレベル変換回路と、該補償・補正演算及びレベル変換回路の出力信号を電流増幅し電磁型振動体のコイルに増幅した電流を供給して該コイルを振動駆動する電流増幅・電流出力回路とを備え、 前記補償・補正演算レベル変換回路は、振動体の質量に相当する値に設定された第１のボリューム抵抗と、振動体に働く摩擦力に相当する値に設定された第２のボリューム抵抗と、振動体に働くばね力に相当する値に設定された第３のボリューム抵抗とを備え、前記シュミレーション回路の加速度出力信号を前記第１のボリューム抵抗によって補償し、前記シュミレーション回路の速度出力信号を前記第２のボリューム抵抗によって補償し、前記シュミレーション回路の変位出力信号を前記第３のボリューム抵抗によって補正するようにしたことを特徴とする電磁型振動体のリアルタイム制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオスピーカーや振動試験機などの電磁型振動体をリアルタイムで駆動制御する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーディオスピーカーや振動試験機などの電磁型振動体は、固設された磁場の磁力線を、電流の方向が直交するようにコイルがサスペンションに支持されて配置され、コイルに電流を流すことで、ある範囲内を、コイルとともにコイルに連結されたスピーカーコーンや試料台等が動くように構成されている。オーディオアンプとスピーカーの場合、アンプの入力に対して出力（電圧）即ちスピーカーの入力については、フィードバックループにより低歪に設計されている。オーディオシステムでは、マイクロフォンで音声を電圧に変え直ちにアンプ、スピーカーに入力される。あるいは種々の記録媒体を通じアンプスピーカーに入力されている。理想的なオーディオシステムを考える場合、音源の音声をマイクロフォンに入力してその出力波形と、マイクロフォン出力をアンプに入力しスピーカーを駆動して音を出しその音声を別のマイクロフォンに入力した場合の出力波形とが同じであれば良いが、そのような理想的オーディオシステムは未だ出現していない。
【０００３】
振動試験機の使用目的は試料に振動加速度を加え、試料の共振点、耐久性等の試験を行う点にある。振動加速度の波形は正弦波のモノトーンで周波数をスイープさせる方式や、ランダム波形の入力スペクトラムと試料の出力スペクトラムの比較検証を行う方法がある。モノトーンの正弦波の場合は位相のズレを無視して共振周波数の影響を抑えるため、平均値、実効値、ピーク値等をモニターしながら入力信号を調節して出力加速度を目的の値に近づけている。また、ランダム加振の場合は入力スペクトラム波形と出力スペクトラム波形の相関を調べてランダム入力波形に元の入力波形スペクトラムと同じようになるようフイルターを設計してフイルターを通した信号波形を入力することで、入力波形スペクトラムに出力波形スペクトラムが近づくような方法が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
振動試験機もオーディオスピーカーも駆動力の発生は磁場とコイルに流れる電流によりコイルに働く力であることは共通している。磁場の強さが一定であるならば駆動力の大小はコイルに流れる電流の強弱に比例する。振動試験機のコイルと試料台、スピーカーのボイスコイルとスピーカーコーンは両方とも有限の質量を有し、変位によるサスペンションの復元力やスピーカーコーンのスティフネスのために生ずる駆動力の歪み即ち変位歪みや磁場の中で運動することで、コイルの入力インピーダンスが大きく変化する。
【０００５】
又、サスペンションの変形による内部損失抵抗と摩擦抵抗による損失とスピーカーコーンの変形による内部損失等の速度損失が発生する。
駆動力（Ｆ：ｆｏｒｃｅ），加速度（α：ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ），質量（Ｍ：ｍａｓｓ）の関係は摩擦や抵抗がなく角運動量も変化せず自由運動（Ｆｒｅｅ  Ｒｕｎ）の状態であれば、
Ｆ＝Ｍα
振動する場合は不等加速運動であるので、時間をｔとしてα＝φ（ｔ）と表わすとすると速度（Ｖ：Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）は、
Ｖ＝∫φ（ｔ）ｄｔ＋Ｖ０
で表わされる。
【０００６】
初速Ｖ０は支持装置による復元力によりＶ０＝０としてもよい。このことは速度が加速度αの時間に関して一次積分されたものであることを意味している。
変位（Ｄ：Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）については、
Ｄ＝Ｆ（Ｖ）＝∫ｆ（Ｖ）ｄＶ＝∫ｆ｛φ（ｔ）｝φ’（ｔ）ｄｔ
となり時間ｔに関しては加速度が二次積分されたことを意味する。ここでコイル、試料台、スピーカーコーンに対し、摩擦や支持機構の復元力がなく、振動を妨げるものがなく振動体の運動に全く影響を与えなければ即ち自由運動（ＦｒｅｅＲｕｎ）をするのであれば、振動機については入力に比例した加速度αを得ることは容易である。
【０００７】
又、音圧がスピーカーコーンの速度の二乗に比例するので入力を開平し微分し入力すれば入力に比例した音圧を得ることができる。しかし現実には変位によるサスペンションの復元力やスピーカーコーンのスティフネスのために生ずる駆動力の歪みや損失そのものをなくすことは不可能であった。しかも、歪み、損失等の要素には時間に関して複数異次元を含むため、出力をセンサー等で検出し入力にフィードバックさせても意味のないことになる。このことが共振周波数の存在や、リアルタイムでの駆動制御を不可能にしている。即ち”入力に比例した出力が得られない”原因である。
【０００８】
この問題の対策として、スピーカー、加振機、アンプで構成する駆動系そのものに歪み、損失、インピーダンスの変化を補償する機能を組み込み、自由運動（Ｆｒｅｅ  Ｒｕｎ）に近い状態にする方法が考えられるが実用上この系はより自由運動に近い状態に近づくにしたがい不安定になりハンチング等の暴走を引き起こしやすい。
安定で自由運動に近い状態での制御はどうすればよいか。ここでフィードバックループを作り制御するとはどういうことかもう一度考えてみると同次元であれば入力に対し出力をフィードバックさせるすなわち入力が出力の基準になるのである。
【０００９】
しかし、次元が異なると出力は入力を基準にできないとなると何を基準にすればよいか。直接入力が基準に出来なければ入力に必要な演算を行って同次元のサンプルを作りそれを各同次元の入力とみなしそれを基準にして出力を補償すれば良い。
即ち、振動試験機やオーディオスピーカーの場合、自由運動を理論値に近い形でシュミレーションして速度、変位に伴う損失や歪みを予め予測し、タイミング良く適量な補償、補正を行えばシュミレーション回路には駆動系のドリフト等の不確定要素が入り込まず安定した正確な補正、補償ができる。
本発明は上記問題点を解決することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、固設された磁場の磁力線と直交するように配置された電磁型振動体のコイルに振動電流を流すことでコイルに振動力を発生させるための制御方法において、電磁型の振動体の振動を入力信号にできるだけ正確に比例させるために入力信号に対し振動体の自由運動に近い信号を出力するシュミレーション回路を実際の駆動回路とは独立して設置し、シュミレーション回路の加速度、速度、変位の出力信号を振動体の質量、摩擦、ばね力による歪みの補償、補正に用い、この補償補正した信号を電流増幅して振動体のコイルに供給し、振動体を入力信号に対してリアルタイムで入力信号に正確に比例させて振動させるようにしたものである。
【００１１】
また、本発明は、固設された磁場の磁力線と直交するように配置された電磁型振動体のコイルに振動電流を流すことでコイルに振動力を発生させるための電磁型振動体制御装置において、コイルを振動させるための入力信号に対して自由運動に相当する加速度、速度、変位の各信号を出力するシュミレーション回路と、該シュミレーション回路の出力信号に対して振動体の質量、摩擦、ばね力の損失歪みを補償補正し振動体駆動信号を出力する補償・補正演算及びレベル変換回路と、該補償・補正演算及びレベル変換回路の出力信号を電流増幅し電磁型振動体のコイルに増幅した電流を供給して該コイルを振動駆動する電流増幅・電流出力回路とを備えたものである。
【００１２】
また、本発明は、前記シュミレーション回路が、入力信号の変化を加速度信号として取り出す加速度信号造出回路と、加速度信号を時間に関して一次積分し速度信号として取り出す速度信号造出回路と、加速度信号を時間に関して二次積分し変位信号として取り出す変位信号造出回路とを備えたものである。
また、本発明は、前記補償・補正演算レベル変換回路が、振動体の質量に相当する値に設定された第１のボリューム抵抗と、振動体に働く摩擦力に相当する値に設定された第２のボリューム抵抗と、振動体に働くばね力に相当する値に設定された第３のボリューム抵抗とを備え、前記シュミレーション回路の加速度出力信号を前記第１のボリューム抵抗によって補償し、前記シュミレーション回路の速度出力信号を前記第２のボリューム抵抗によって補償し、前記シュミレーション回路の変位出力信号を前記第３のボリューム抵抗によって補正するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１において、音声信号あるいは振動信号などの入力信号がシュミレーション回路２に入力されると、シュミレーション回路２は入力信号を加速度信号と速度信号と変位信号に解析しこれらを出力する。これらの加速度信号、速度信号、変位信号は入力に対する振動体の自由運動を示すものである。シュミレーション回路２の出力は補償・補正演算及びレベル変換回路４に入力され、ここで加速度信号に対して振動体の質量の補償が行われ、速度信号に対しては振動体の摩擦損失の補償が行われ、変位信号に対しては振動体の変位による中立点に向かって働く復元力による歪みの補正即ちばね力による歪みの補正が行われる。
【００１４】
更に、各信号の補償・補正信号は加算された後、レベル変換が行われ、後段の電流増幅・電流出力回路６に入力される。オーディオスピーカー８または振動試験機１０は、電流増幅・電流出力回路６によって駆動される。
次にシュミレーション回路２について図２を参照して説明する。
シュミレーション回路２の入力端Ｔ１から入った入力信号は、オペアンプＡ１を経てＡＣＣ出力ラインに加速度信号として出力される。オペアンプＡ１は、出力インピーダンスを変えるものであり、その出力側はボリューム抵抗ＶＲ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、及びコンデンサＣ１から成る積分回路に接続している。
【００１５】
入力端Ｔ１から入力された入力信号は加速度信号としてオペアンプＡ１を経て積分回路に供給され、ここで積分され、且つ、オペアンプＡ３で極性が変換されてＶＥＬ出力ラインに速度信号として出力される。速度信号は、ボリューム抵抗ＶＲ２、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ２から成る積分回路に供給され、ここで積分され、且つ、オペアンプＡ５で極性が変換されてＤＩＳＰ出力ラインに変位信号として出力される。シュミレーション回路２の出力ラインＡＣＣ，ＶＥＬ，ＤＩＳＰに出る加速度信号、速度信号、変位信号は、オーディオスピーカー８あるいは振動試験機１０の振動体の自由運動に相当する。
【００１６】
次に補償・補正演算及びレベル変換回路４について図３を参照して説明する。シュミレーション回路２からの加速度信号ＡＣＣは、ボリューム抵抗ＶＲ３に供給され、速度信号ＶＥＬはボリューム抵抗ＶＲ４に供給され、変位信号ＤＩＳＰはボリューム抵抗ＶＲ５に供給される。ボリューム抵抗ＶＲ３は、振動体の自由振動を妨げる振動体の質量に相当する値に設定され、このボリューム抵抗ＶＲ３によって振動体の加速度運動の、振動体の質量による損失が補償される。ボリューム抵抗ＶＲ４は、振動体の自由運動を妨げる振動体に作用する摩擦力に相当する値に設定され、このボリューム抵抗ＶＲ４によって振動体の速度運動の、振動体の摩擦力による損失が補償される。
【００１７】
ボリューム抵抗ＶＲ５は、振動体に作用するばね力に相当する値に設定され、このボリューム抵抗ＶＲ５によって、振動体の変位運動の、ばね力による歪みが補正される。質量、摩擦、ばね力による損失、歪みが補償、補正された加速度、速度、変位信号は、オペアンプＡ６に供給され、ここで加算される。オペアンプＡ６の出力は、オペアンプＡ７，Ａ８，Ａ９，Ａ１０，Ａ１１，Ａ１２から成るレベル変換回路に送られ、ここでオペアンプＡ６の補償・補正演算出力が後段の電流増幅・電流出力回路６とマッチングするように信号レベルが変換される。補償・補正演算及びレベル変換回路４の出力信号は、電流増幅・電流出力回路６に出力され、ここでこの出力信号の電流増幅が行われ、電流出力が負荷８又は１０に供給され、負荷８又は１０即ち電磁型振動体が駆動される。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は上述の如く構成したので、電磁型振動体をリアルタイムで高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステムブロック説明図である。
【図２】シュミレーション回路図である。
【図３】補償・補正演算及びレベル変換回路図である。
【図４】電流増幅・電流出力回路図である。
【符号の説明】
２      シュミレーション回路
４      補償・補正演算及びレベル変換回路
６      電流増幅・電流出力回路
８      オーディオスピーカー
１０    振動試験機
【図１】
0004475550.tif 000002
【図２】
0004475550.tif 000003
【図３】
0004475550.tif 000004
【図４】
0004475550.tif 000005