(57)【要約】【課題】電子機器のスピーカーの駆動を制御すること。【解決手段】スピーカー４７のイミタンスを測定する測定手段と、測定手段が測定した測定結果に基づいて、スピーカー４７の音孔から水が浸入しているか否かを判定する判定手段と、水が浸入していると判定手段が判定した場合に、スピーカー４７を鳴動させるための信号に対する利得を別の設定に切り替える切替手段とを備える。【選択図】図５
2012015717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器のスピーカーの駆動を制御するスピーカー駆動制御システムであって、
前記スピーカーのイミタンスを測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した測定結果に基づいて、前記スピーカーの音孔から水が浸入しているか否かを判定する判定手段と、
水が浸入していると前記判定手段が判定した場合に、前記スピーカーを鳴動させるための信号に対する利得を別の設定に切り替える切替手段と
を備えるスピーカー駆動制御システム。
【請求項２】
前記測定手段は、前記スピーカーの共振周波数付近の周波数帯域において、前記スピーカーのイミタンスを測定する
請求項１に記載のスピーカー駆動制御システム。
【請求項３】
前記測定手段は、人間の可聴帯域において、前記スピーカーのイミタンスを測定する
請求項１に記載のスピーカー駆動制御システム。
【請求項４】
前記測定手段は、前記スピーカーの使用帯域全体において、前記スピーカーのイミタンスを測定する
請求項１に記載のスピーカー駆動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカー駆動制御システムに関する。特に本発明は、電子機器のスピーカーの駆動を制御するスピーカー駆動制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカーを備える携帯電話等の電子機器の多くは、水没したり、水に濡れたりしても、スピーカーの電気回路部位まで水が浸入しないように、防水機構を備えている（例えば、特許文献１参照。）。防水機構としては、例えば、スピーカーと筐体の音孔との間に防水膜を設けたり、スピーカーの振動膜自体に防水加工を施したりすることが考えられる。このような防水機構を備える電子機器は、水没したり水に濡れたりしても、スピーカーや、スピーカーを電気的に駆動する回路が破損することはない。しかしながら、水没したり水に濡れたりした場合には、スピーカーの音孔から水が侵入してしまい、スピーカーの音響特性が変化してしまう。
【０００３】
防水機構の一例としては、スピーカーの振動膜に対して防水加工を施したり、振動膜を防水性の高い材料製とすることが考えられる。しかしながら、その場合、水がスピーカーの振動膜に付着することにより振動膜の機械的コンプライアンス（スティフネス）、質量、機械粘性が変化してしまう。
【０００４】
また、スピーカーと電子機器端末筐体との間に防水膜を貼付することにより、防水機構を実現している場合、防水膜に水が付着することによりスピーカーから見た音響的コンプライアンス、音響イナータンス、空気摩擦が変化する。
【０００５】
図１４は、水の存在有無、すなわち携帯電話が水に濡れる前、及び濡れた直後のスピーカーの音圧周波数特性（スピーカー音孔３から１０ｃｍ距離）の変化を示す。２０は端末が水に濡れる前、もしくは水に濡れた後、水が完全に乾燥したときの音圧周波数特性、２１は端末が水に濡れた直後、水が存在する場合の音圧周波数特性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０５６１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、携帯電話等の電子機器は、水に濡れてしまうことによって、スピーカーの音圧が大きく低下してしまう。その結果、電子機器のユーザは、使用上の問題を抱えてしまうことになる。例えば、このような問題が生じるケースとしては、防水機能を備えた携帯電話を風呂場等に持ち込んでスピーカーを鳴動させるような状況が考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、電子機器のスピーカーの駆動を制御するスピーカー駆動制御システムであって、スピーカーのイミタンスを測定する測定手段と、測定手段が測定した測定結果に基づいて、スピーカーの音孔から水が浸入しているか否かを判定する判定手段と、水が浸入していると判定手段が判定した場合に、スピーカーを鳴動させるための信号に対する利得を別の設定に切り替える切替手段とを備える。
【０００９】
なおまた、上記のように発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【発明の効果】
【００１０】
以上の説明から明らかなように、この発明においては、電子機器のスピーカーの音孔から筐体内部に水が浸入したとしても、常に一定の音圧、音質が確保されたスピーカー鳴動音を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る携帯電話１の一例を示す図である。
【図２】一実施形態に係るスピーカーの防水機構の一例を示す図である。
【図３】ダイナミック型スピーカーのインピーダンスの電気、機械、音響インピーダンスの集中回路を示す図である。
【図４】音響インピーダンスを示す図である。
【図５】一実施形態に係るスピーカー駆動制御システムの利用環境の一例を示す。
【図６】スピーカーのインピーダンスのうち純抵抗成分（レジスタンス）の実測結果例を示す図である。
【図７】水の浸入有無の判定フローチャートを示す図である。
【図８】スピーカー音孔に水が浸入した場合のイコライザの周波数特性を示す図である。
【図９】リアクタンスについて、スピーカー音孔に水が侵入する前後の変化を示す図である。
【図１０】別の実施形態に係るスピーカー駆動制御システムの利用環境の一例を示す。
【図１１】更に別の実施形態に係るスピーカー駆動制御システムの利用環境の一例を示す。
【図１２】イコライザの設定について説明するための図である。
【図１３】イコライザの設定について説明するための図である。
【図１４】水の存在有無、すなわち携帯電話が水に濡れる前、及び濡れた直後のスピーカーの音圧周波数特性（スピーカー音孔３から１０ｃｍ距離）の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は、特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、一実施形態に係る携帯電話１の一例を示す。携帯電話１は、無線通信を利用した、持ち歩ける電話機である。携帯電話１は、スピーカー２、音孔３、ディスプレイ４、及びキー５を備えている。
【００１４】
スピーカー２は、電気信号を物理振動に変えて、音楽や音声等の音を生み出す機械である。スピーカー２は、携帯電話１の筐体６の内部に設けられている。音孔３は、スピーカー２によって発生した音を、携帯電話１の筐体６の外部へ放音させるための孔である。音孔３は、携帯電話１の筐体６において、スピーカー２の振動板が位置する位置に設けられている。ディスプレイ４は、文字や図形を表示するためのものである。キー５は、指でボタンを押すことによって文字を入力するためのものである。
【００１５】
図２は、一実施形態に係るスピーカーの防水機構の一例を示す。この実施形態においては、スピーカーとして、ダイナミック型スピーカー１０を例にとって説明する。ダイナミック型スピーカー１０は、振動膜１４、ボイスコイル１５、永久磁石１６、及びヨーク１７を備えている。これら各パーツは、樹脂製の筐体１１に格納されている。そして、筐体１１の一面には、プロテクタ１２が取り付けられている。プロテクタ１２は、音響放射方向からの大きな異物侵入等を防ぐためのものである。プロテクタ１２は、スピーカー全体の機械的強度を保つために、金属製とされることが多い。そして、プロテクタ１２には、ダイナミック型スピーカー１０から発生した音を、ダイナミック型スピーカー１０の筐体１１の外部へ放音するための音孔１３が設けられている。また、筐体１１の背面には、音孔３から放音される音とは逆位相の音を放音するための音孔１９が設けられている。なお、背面音孔１９を介して放音される音は、筐体６内の背面容積に放射されるが、端末筐体はほぼ密閉されておりこの音波の端末筐体外部への放射は小さく、放射音孔３からの音波と相殺しあうことがないように配慮されているものとする。
【００１６】
振動膜１４は、質量密度が低く、機械コンプライアンスが小さい樹脂材料製とされる。ボイスコイル１５は、振動膜１４を駆動する。永久磁石１６とヨーク１７は、磁気回路を構成している。
【００１７】
このような構成のダイナミック型スピーカー１０は、携帯電話１の筐体６に設けられた音孔３に対応する位置に取り付けられる。具体的には、ダイナミック型スピーカー１０は、筐体６の内側に形成されたリブ７に、両面テープ８によって取り付けられる。その際、ダイナミック型スピーカー１０とリブ７との間には、防水シート９が設けられる。防水シート９は、ダイナミック型スピーカー１０の筐体１１の内部、及び携帯電話１の筐体６の内部への水１８の浸入を防止するためのものである。ダイナミック型スピーカー１０に対する防水は、防水シート９ではなく、振動膜１４でスピーカー内部への水の侵入を防止してもよい。
【００１８】
図３は、ダイナミック型スピーカーのインピーダンスの電気、機械、音響インピーダンスの集中回路を示す。スピーカーのインピーダンスは静インピーダンスと動インピーダンスからなっており、ダイナミック型スピーカーはボイスコイル及び永久磁石及びヨークからなる磁気回路により構成されているため、静インピーダンスは、レジスタンス（純抵抗）と、リアクタンスからなっている。２２はスピーカーへの入力電圧信号Ｅ（Ｖ）、２３はボイスコイルの電気的インダクタンスＬｓ（Ｈ）、２４はボイスコイルの電気的純抵抗（レジスタンス）Ｒｓ（Ω）、２５は電気−機械変換部をあらわしたトランスであり、Ａは電気機械結合係数と呼ばれ、このトランスには電圧ＡＶ（Ｖ）が印加されるとする。また、２２から２４に流れる電流をＩ（Ａ）とする。２６は図２の１４、１５すなわちダイナミック型スピーカーのボイスコイルと振動膜の質量であり、電気的類推等価回路で記述するとインダクタンスとして表せＬｍ（Ｈ）とする。２７は機械的粘性であり、振動膜１４に主に存在する。２８はスティフネス（機械的コンプライアンス）であり、これも振動膜１４に存在し、電気的類推等価回路ではキャパシタンスとして記述できＣｍ（Ｆ）とする。２９は、音響インピーダンスＺａｃｏｕｓｔｉｃを振動膜の面積Ｓ（ｍ２）の２乗倍し、機械インピーダンスに変換したものである。ボイスコイルのレジスタンスをＲ（Ω）、自己インダクタンスをＬ（Ｈ）、電気信号の各周波数をω（ｒａｄ／ｓ）とすると、トータルの静インピーダンスＺｓｔａｔｉｃは下記の式（１）で与えられる。
【００１９】
【数１】
2012015717.tif 000003
【００２０】
一方、動インピーダンスとは、これら電気的、静的なインピーダンスではなく、本来はボイスコイル及びそれに連結される振動板、スピーカー全体が機械的振動することに起因して発生する機械的インピーダンスであるが、電気−機械結合により電気的インピーダンスに変換されることにより、（１）式に電気的に加算されるインピーダンス成分である。この動インピーダンスは、下記のように機械抵抗ｒｍ、質量ｍ、機械コンプライアンスＣｍを用いて、下記の式（２）のように表される。
【００２１】
【数２】
2012015717.tif 000004
【００２２】
図３において、Ｅ（Ｖ）はスピーカーに対する入力電圧、Ｉ（Ａ）は、スピーカーのボイスコイルに流れる電流、Ｖ（ｍ／ｓ）はボイスコイルの振動速度である。Ａは電気機械変換率であり、ダイナミック型スピーカーについては、永久磁石によるボイスコイルを貫く磁束密度Ｂ（Ｔ）とボイスコイル１５の全長ｌ（ｍ）とすると、式（３）となる。
【００２３】
【数３】
2012015717.tif 000005
【００２４】
整理のため上記の通り、Ｚｓｔａｔｉｃ、Ｅ、ｌ、Ｖ、Ａをトランス（電気→機械変換）の一次側について電圧の平衡式にまとめると次式（４）の通りとなる。
【００２５】
【数４】
2012015717.tif 000006
【００２６】
また、２次側について平衡式を書くと式（５）と表せる。
【００２７】
【数５】
2012015717.tif 000007
【００２８】
図４は、音響インピーダンスを示す。図４に示す音響インピーダンス全体をＺａｃｏｕｓｔｉｃと表し、スピーカー振動板の面積をＳとすると、音響インピーダンスと機械インピーダンスの変換は面積Ｓの２乗を変換係数として変換されるので、図３に示す２８はＳ２Ｚａｃｏｕｓｔｉｃとなる。図４において、３０はスピーカー筐体の外部にある端末筐体内の背面容積に対する音響コンプライアンスＣａｂ（Ｆ）、３１は振動膜から得る圧力Ｐ（Ｐａ）、３２、３３、３４はそれぞれ防水膜９により発生する音響コンプライアンスＣａ＿ｓｈｅｅｔ（Ｆ）、音響イナータンスＬａ＿ｓｈｅｅｔ（Ｆ）、音響抵抗Ｒａ＿ｓｈｅｅｔ（Ω）である。３５は、スピーカー筐体の放射音孔１３から端末筐体の音孔３の間の空間（前気室容積）による音響コンプライアンスＣａｆ（Ｆ）、３６と３７はそれぞれ、図２の放射音孔３により発生する音響イナータンスＬａｆ（Ｈ）、及び音響抵抗Ｒａｆ（Ω）である。スピーカー筐体の音孔１３によっても音響イナータンスと音響抵抗は発生するが、これはＬａｆ（Ｈ）、Ｒａｆ（Ω）に比して非常に小さい（音孔面積が大きく設計されているため）、結果的に無視してもよい。３８は、筐体の音孔３における放射インピーダンスＺｒ（Ω）であり、下記の式（６）の通り記載される。
【００２９】
【数６】
2012015717.tif 000008
【００３０】
図４に示した音響（類推）等価回路の、放射音方向のインピーダンスのうち３２から３７までのインピーダンスをまとめてＺｆ（Ω）とすると、この音響等価回路の平衡式は、以下の式（７）の通りとなる。
【００３１】
【数７】
2012015717.tif 000009
【００３２】
また、放射インピーダンスＺｒに流れる（回路的に表現して）体積速度Ｕｏｕｔは、全体のこの音響等価回路全体を流れる体積速度Ｕに対して下記の式（８）のとおり記述できる。
【００３３】
【数８】
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【００３４】
よって、Ｚｆの絶対値が小さいほど、放射インピーダンスＺｒに流れる（回路的に表現して）体積速度Ｕｏｕｔが大きくなり、スピーカーから大きな音響エネルギーが放射されるため、ユーザの聴感上の音量（感覚量）にほぼ比例する音圧も大きくなる。式（４）、（５）、（７）、（８）により、電気−機械−音響系はすべて連結しており、音響素インピーダンスの変化は音響負荷Ｚａｃｏｕｓｔｉｃの変化となるが、電気−機械−音響はすべて連結しているため、電気的インピーダンスの動的成分の変化として現れることが示されている。
【００３５】
図５は、一実施形態に係るスピーカー駆動制御システムの利用環境の一例を示す。３９は音源信号、４０はイコライザでありＤＳＰやＦＰＧＡ等により実現される。４０は後述の４６及び４２の水が浸入したことの検知信号を受けてそのパラメータを切り替えるよう設定されている。４１はデジタル信号全体レベルを増減させるデジタルゲインであり、４０の音響信号処理部に含まれることもあり、４０と同様に後述の４６及び４２の水が浸入したことの検知信号を受けてそのパラメータを切り替えるよう設定されている。４３はスピーカー音孔に水が侵入しているか否かを検知する検知部であり、後述のスピーカーのインピーダンス検知機４６からの信号を受けて水が音孔に浸入しているか否かを判断する。４３はデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ、４４アナログ信号全体のレベルを増減させるアナログゲイン、４５はスピーカーを駆動するためのオーディオアンプ、４６はスピーカーのインピーダンスを計測する、インピーダンス計測器である。
【００３６】
図６は、スピーカーのインピーダンスのうち純抵抗成分（レジスタンス）の実測結果例を示す。４８は通常時（水がスピーカー音孔に侵入していない時）のレジスタンスであり、４９は水が浸入しているときのレジスタンスである。４８は、１１００Ｈｚ付近にピークを持っている（基本共振周波数ｆ０と呼称する）のに対して、４９は水がスピーカー音孔に侵入している影響でｆ０が８５０Ｈｚ低下程度まで低下している。また、ｆ０の鋭さ（Ｑ値）が減少している。これらは、水の浸入により図３の機械的インピーダンスのうちＬｍ、Ｒｍ、Ｃｍが増加し、式（５）においての音響負荷を除く、式（９）に示す機械的負荷の実部、虚部ともに増加し、またＬＣ共振周波数が低下したことに起因する。
【００３７】
【数９】
2012015717.tif 000011
【００３８】
本実施例では、インピーダンス計測器４６は、図６の５０に示される周波数範囲（８５０Ｈｚ〜１２００Ｈｚ）までを測定するものとし、その測定結果を４２に送出する。水の浸入有無判定部４２は、図６の枠５１内にインピーダンスが認められれば、水の浸入がないものと判定し、認められなければ水が浸入していると判断する。計測範囲５０及びｆ０ピークのインピーダンス確認領域５１については、図５の電気的処理部、スピーカーの特性ばらつきを考慮して設定すればよい。
【００３９】
図７は、水の浸入有無の判定フローチャートを示す。５２は水侵入有無の確認フローチャート開始、５３はスピーカーのインピーダンス測定及び水侵入の有無確認である。５４は水が浸入していないと判定された場合の処理であり、通常のイコライザ４０、デジタルゲイン４１のパラメータにてスピーカーを鳴動させる処理である。５５は水が浸入していると判定された場合の処理であり、水が浸入しているときスピーカーの音圧と音質が適切に保てるようにイコライザ４０とデジタルゲイン４１の値を設定してスピーカーを鳴動させる処理を行う。また、５４、５５からは、有る一定の時間ごとに、５３のスピーカーのインピーダンス測定及び水侵入の有無確認へと戻るようループ処理を実施することにより、鳴動中にスピーカー音孔に水が浸入した場合にも、５５の処理へと移ることが可能となる。５６はユーザが鳴動を終了するという最終処理である。
【００４０】
図８は、スピーカー音孔に水が浸入した場合のイコライザの周波数特性を示す。５６は、水が浸入していないときのイコライザ設定であり、全帯域にわたり平坦でゲインのない設定である、５７は水の浸入時のイコライザ特性であり、水が浸入したことにより、１ｋＨｚ以上の高域の音圧が１０ｄＢ程度低下しているため、補正するような設定となっている。本実施例では、図８によりイコライザの値を変更する例を示したが、デジタルゲインにより全帯域を一律にブーストさせる処理を行うことも可能である。
【００４１】
本発明は、レシーバに対しても同様に用いることが可能である。また、本発明は、圧電型スピーカー及び圧電型レシーバに用いることも可能である。
【００４２】
図９は、リアクタンスについて、スピーカー音孔に水が侵入する前後の変化を示す。本発明は、スピーカーのインピーダンス成分のうち、リアクタンス成分をインピーダンス計測器４６にて計測して実現することも可能である。リアクタンスのピーク値が水の浸入がないとき８５０Ｈｚであるのに対して、水の浸入時は７００Ｈｚ程度となっている。電気的処理部、スピーカーの特性ばらつきを考慮して、測定範囲６０及びターゲットとなるリアクタンス値の枠６１を設定すればよい。
【００４３】
図１０は、別の実施形態に係るスピーカー駆動制御システムの利用環境の一例を示す。  本発明において、水の浸入を検知した際に、アナログゲインを調整することも可能である。
【００４４】
図１１は、更に別の実施形態に係るスピーカー駆動制御システムの利用環境の一例を示す。本発明において、インピーダンス測定機ではなく、アドミタンス測定機を用いることも可能である。
【００４５】
本発明において、インピーダンスもしくはアドミタンス測定は、図６、図９のように共振周波数付近に限定して行うのではなく人間の可聴帯域、もしくは広い周波数帯域における測定を行い、水がスピーカー音孔に侵入しているか否かを判定することも可能である。
【００４６】
本発明において、図１１のようにイコライザ４０、デジタルゲイン４１にて、一部の周波数帯域もしくは全体をブーストした場合に信号のデジタルクリップを回避するために６２のリミッタ／コンプレッサを配置することも可能である。
【００４７】
本発明において、図１２、図１３のように、イコライザ４０の設定を一段階のみではなく複数段階設定し、インピーダンス測定結果に合わせていずれの設定とするかを選択することも可能である。図１２において、６３はインピーダンスが検出される範囲を５つ設ける場合の領域を図示したものであり、それぞれが６４のイコライザ設定１から５に対応する。図１３はイコライザ設定１から５に対して設定されるイコライザゲインを設けたものであり上から、イコライザ設定５、４、３、２、１となっている。（インピーダンスのレベルが低いほど、高域に大きなゲインを与える設定となっている。）
【００４８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４９】
３９  音源信号
４０  イコライザ
４１  デジタルゲイン
４２  検知部
４３  Ｄ／Ａコンバータ
４４  アナログゲイン
４５  オーディオアンプ
４６  インピーダンス計測器
４７  スピーカー
【図１】
2012015717.tif 000012
【図２】
2012015717.tif 000013
【図３】
2012015717.tif 000014
【図４】
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【図５】
2012015717.tif 000016
【図６】
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【図７】
2012015717.tif 000018
【図８】
2012015717.tif 000019
【図９】
2012015717.tif 000020
【図１０】
2012015717.tif 000021
【図１１】
2012015717.tif 000022
【図１２】
2012015717.tif 000023
【図１３】
2012015717.tif 000024
【図１４】
2012015717.tif 000025