(57)【要約】【課題】  低域通過フィルタをコイル／コンデンサのサイズが小さいＬＣフィルタによって実現して、動電型スピーカーに接続する小型化に適したスイッチングアンプを備えるスピーカー装置を提供する。【解決手段】  スピーカー装置は、入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調してキャリア信号の成分を含む出力信号として出力端子から出力するスイッチングアンプと、磁気回路と、振動板に連結されてスイッチングアンプの出力信号が入力される第１ボイスコイルと、第１ボイスコイルに近接して別に設けられる第２ボイスコイルと、を有する動電型スピーカーと、動電型スピーカーの第２ボイスコイルに接続し、動電型スピーカーの磁気回路における第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとの間の相互インダクタンスとによって、キャリア信号の周波数で並列共振を発生させる容量素子を含む並列共振発生回路と、を備える。【選択図】  図１
2016019121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調してキャリア信号の成分を含む出力信号として出力端子から出力するスイッチングアンプと、
磁気回路と、振動板に連結されて該スイッチングアンプの該出力信号が入力される第１ボイスコイルと、該第１ボイスコイルに近接して別に設けられる第２ボイスコイルと、を有する動電型スピーカーと、
該動電型スピーカーの該第２ボイスコイルに接続し、該動電型スピーカーの該磁気回路における該第１ボイスコイルと該第２ボイスコイルとの間の相互インダクタンスとよって、該キャリア信号の周波数で並列共振を発生させる容量素子を含む並列共振発生回路と、
を備えるスピーカー装置。
【請求項２】
前記並列共振発生回路が、前記動電型スピーカーに連結し、前記容量素子が調整可能に構成されている、
請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項３】
前記並列共振発生回路が、前記スイッチングアンプに内蔵されて、前記容量素子が調整可能に構成されている、
請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項４】
前記スイッチングアンプが、
前記キャリア信号に基づいて前記入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調して第１パルス変調信号および第２パルス変調信号を生成するパルス変調回路と、
基準電位よりも大きな第１電位を有する第１電源と、該基準電位よりも小さく該第１電源とは極性または電位が異なる第２電位を有する第２電源と、
該第１パルス変調信号に応答してオン状態またはオフ状態になり、該第１電位または該基準電位のいずれかを出力する第１スイッチ素子と、該第２パルス変調信号に応答してオン状態またはオフ状態になり、該第２電位または該基準電位のいずれかを出力する第２スイッチ素子と、該第１スイッチ素子および該第２スイッチ素子からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて前記出力端子に出力する低域通過フィルタと、を有するスイッチング出力回路と、を備える、
請求項１から３のいずれかに記載のスピーカー装置。
【請求項５】
前記スイッチングアンプが、
前記キャリア信号に基づいて前記入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調して第１パルス変調信号、第２パルス変調信号、第３パルス変調信号、および第４パルス変調信号を生成するパルス変調回路と、
基準電位とは異なる第１電位を有する第１電源と、
該第１電源と該基準電位との間に互いに直列接続される第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子と、該第１電源と該基準電位との間に互いに直列接続される第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子と、
該第１スイッチ素子及び該第２スイッチ素子との接続節点からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて前記出力端子から出力する第１低域通過フィルタと、該第３スイッチ素子及び該第４スイッチ素子との接続節点からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて該出力端子から出力する第２低域通過フィルタと、を有するスイッチング出力回路と、を備え、
該スイッチング出力回路は、該第１パルス変調信号または該第４パルス変調信号に応答して該第１スイッチ素子または該第４スイッチ素子をオン状態またはオフ状態にして、該第１電位または該基準電位のいずれかを該出力端子から出力し、該第２パルス変調信号または該第３パルス変調信号に応答して該第２スイッチ素子または該第３スイッチ素子をオン状態またはオフ状態にして、該第１電位または該基準電位のいずれかを該出力端子から出力する、
請求項１から３のいずれかに記載のスピーカー装置。
【請求項６】
前記動電型スピーカーの前記第１ボイスコイルならびに前記第２ボイスコイルが、前記磁気回路の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビン上に巻き廻されて構成されている、
請求項１から５のいずれかに記載のスピーカー装置。
【請求項７】
前記動電型スピーカーの前記第１ボイスコイルが、前記磁気回路の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビン上に巻き廻されて構成され、前記第２ボイスコイルが、該磁気回路の磁気空隙に近接して固定されている、
請求項１から５のいずれかに記載のスピーカー装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のスピーカー装置における前記動電型スピーカー。
【請求項９】
請求項１から５のいずれかに記載のスピーカー装置における前記スイッチングアンプ。
【請求項１０】
請求項１に記載のスピーカー装置における前記並列共振発生回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチングアンプおよびこれを用いるスピーカー装置に関し、特に、ダブルボイスコイル構成の動電型スピーカーを駆動するのに適して、小型化が可能なスイッチングアンプおよびこれを用いるスピーカー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声信号を音波に変換して再生するスピーカー装置では、音声信号を増幅器（アンプ）で電力増幅して、電機音響変換器であるスピーカーへ供給し、可聴音域の音波を再生する。スピーカーでは、磁気回路およびボイスコイルを備える動電型スピーカーが一般的に使用される。動電型スピーカーでは、磁気回路の磁気空隙中に振動可能に配置されたボイスコイルに音声信号電流が供給されると、磁気空隙中の磁界により駆動力を受けるので、ボイスコイルに連結する振動板が振動して、その結果、音波が再生される。
【０００３】
また、アンプでは、電力変換効率の高いスイッチングアンプの使用が増加している。スイッチングアンプは、入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調などにより変調して、可聴音域よりも周波数がはるかに高いキャリア信号の成分を含む変調信号として電力増幅する。したがって、スイッチングアンプは、キャリア信号を除去する低域通過フィルタを備えるのが一般的である。スイッチングアンプは、低域通過フィルタを通過させた出力信号を動電型スピーカーへ供給することで、動電型スピーカー並びに動電型スピーカーへ音声信号を供給する接続コードから、不要輻射が発生するのを防止している。
【０００４】
スイッチングアンプでは、低域通過フィルタを構成する場合に、コイルおよびコンデンサから構成されるＬＣフィルタが多用される。しかしながら、高い電圧値および大きな電流値に対応するＬＣフィルタは、コイル／コンデンサのサイズが大きくなるので、小型化が進むスイッチングアンプの基板の中で相対的に占める面積が大きくなり、小型化のボトルネックとなりやすいという問題がある。また、大きなコイル／コンデンサは、製造コストの面でも不利である。したがって、動電型スピーカーに接続するスイッチングアンプを備えるスピーカー装置において、低域通過フィルタをコイル／コンデンサのサイズが小さいＬＣフィルタにより実現することが要望されている。
【０００５】
従来には、動電型スピーカー以外の電機音響変換器において、２つのコイルに接続するスイッチングアンプを用いる構成が開示されている。例えば、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ーがある。（特許文献１）。
【０００６】
また、従来には、入力信号としてのオーディオ信号を発生する信号源が接続可能であり、基準クロックを発生するクロック発生手段と、前記クロック発生手段からの基準クロックに基づいて前記信号源からの入力信号をパルス幅変調して変調信号を出力するパルス幅変調手段と、前記クロック発生手段からの基準クロックを分周するクロック分周手段と、前記パルス幅変調手段からの変調信号を分周する変調信号分周手段と、前記パルス幅変調手段からの変調信号を位相反転する位相反転手段と、供給される信号のレベルに基づいて正負の電源電圧をスイッチングして駆動電流として後段に供給する第１の電流供給手段と、供給される信号のレベルに基づいて正負の電源電圧をスイッチングして駆動電流として後段に供給する、前記第１の電流供給手段と別に設けられた第２の電流供給手段と、前記クロック分周手段によって分周された基準クロックと、前記位相反転手段によって位相反転された変調信号とを切り換えて前記第１の電流供給手段に供給する第１の切換手段と、前記第１の切換手段と連動し、前記変調信号分周手段によって分周された変調信号と、前記パルス幅変調手段によって変調された変調信号とを切り換えて前記第２の電流供給手段に供給する第２の切換手段と、対向する一対の平面板を有し、前記一対の平面板の各表面に形成された導体線路に流れる電流の向きによって生じる電磁力（電流間力ともいう。以下同様。）に基づいて、前記一対の平面板のうちいずれか一方もしくは双方の平面板を振動させて音声を出力する平面型スピーカーと、前記パルス幅変調手段からの変調信号及び前記位相反転手段によって位相反転された変調信号に基づく駆動電流が供給されることにより音声を出力する他の動電型スピーカーと、前記第１の切換手段と連動し、前記第１の電流供給手段からの駆動電流を前記平面型スピーカーの一方端に供給するか又は前記他の動電型スピーカーの一方端に供給するかを切り換える第３の切換手段と、前記第１の切換手段と連動し、前記第２の電流供給手段からの駆動電流を前記平面型スピーカーの他方端に供給するか又は前記他の動電型スピーカーの他方端に供給するかを切り換える第４の切換手段と、を備える音声出力システムがある。（特許文献２、３）。
【０００７】
しかしながら、従来には、動電型スピーカーにおいて、特に、ダブルボイスコイル構成の２つのコイルに接続するスイッチングアンプを用いて、低域通過フィルタをコイル／コンデンサのサイズが小さいＬＣフィルタによって実現する発明は、開示されていない。
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２５８７１９号公報
【特許文献２】特開２００９−２３２３４６号公報
【特許文献３】特開２００９−２４６６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低域通過フィルタをコイル／コンデンサのサイズが小さいＬＣフィルタによって実現して、動電型スピーカーに接続する小型化に適したスイッチングアンプを備えるスピーカー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のスピーカー装置は、入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調してキャリア信号の成分を含む出力信号として出力端子から出力するスイッチングアンプと、磁気回路と、振動板に連結されてスイッチングアンプの出力信号が入力される第１ボイスコイルと、第１ボイスコイルに近接して別に設けられる第２ボイスコイルと、を有する動電型スピーカーと、動電型スピーカーの第２ボイスコイルに接続し、動電型スピーカーの磁気回路における第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとの間の相互インダクタンスとによって、キャリア信号の周波数で並列共振を発生させる容量素子を含む並列共振発生回路と、を備える。
【００１１】
好ましくは、本発明のスピーカー装置は、並列共振発生回路が、動電型スピーカーに連結し、容量素子が調整可能に構成されている。
【００１２】
好ましくは、本発明のスピーカー装置は、並列共振発生回路が、スイッチングアンプに内蔵されて、容量素子が調整可能に構成されている。
【００１３】
好ましくは、本発明のスピーカー装置は、スイッチングアンプが、キャリア信号に基づいて入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調して第１パルス変調信号および第２パルス変調信号を生成するパルス変調回路と、基準電位よりも大きな第１電位を有する第１電源と、基準電位よりも小さく第１電源とは極性または電位が異なる第２電位を有する第２電源と、第１パルス変調信号に応答してオン状態またはオフ状態になり、第１電位または基準電位のいずれかを出力端子から出力する第１スイッチ素子と、第２パルス変調信号に応答してオン状態またはオフ状態になり、第２電位または基準電位のいずれかを出力端子から出力する第２スイッチ素子と、第１スイッチ素子および第２スイッチ素子からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて出力する低域通過フィルタと、を有するスイッチング出力回路と、を備える。
【００１４】
好ましくは、本発明のスピーカー装置は、スイッチングアンプが、キャリア信号に基づいて入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調して第１パルス変調信号、第２パルス変調信号、第３パルス変調信号、および第４パルス変調信号を生成するパルス変調回路と、基準電位とは異なる第１電位を有する第１電源と、第１電源と基準電位との間に互いに直列接続される第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子と、第１電源と基準電位との間に互いに直列接続される第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子と、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子との接続節点からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて出力端子から出力する第１低域通過フィルタと、第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子との接続節点からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて出力端子から出力する第２低域通過フィルタと、を有するスイッチング出力回路と、を備え、スイッチング出力回路は、第１パルス変調信号または第４パルス変調信号に応答して第１スイッチ素子または第４スイッチ素子をオン状態またはオフ状態にして、第１電位または基準電位のいずれかを出力端子から出力し、第２パルス変調信号または第３パルス変調信号に応答して第２スイッチ素子または第３スイッチ素子をオン状態またはオフ状態にして、第１電位または基準電位のいずれかを出力端子から出力する。
【００１５】
好ましくは、本発明のスピーカー装置は、動電型スピーカーの第１ボイスコイルならびに第２ボイスコイルが、磁気回路の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビン上に巻き廻されて構成されている。
【００１６】
好ましくは、本発明のスピーカー装置は、動電型スピーカーの第１ボイスコイルが、磁気回路の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビン上に巻き廻されて構成され、第２ボイスコイルが、磁気回路の磁気空隙に近接して固定されている。
【００１７】
また、本発明は、上記のスピーカー装置における動電型スピーカーに関する。
【００１８】
また、本発明は、上記のスピーカー装置におけるスイッチングアンプに関する。
【００１９】
また、本発明は、上記のスピーカー装置における並列共振回路に関する。
【００２０】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２１】
本発明のスピーカー装置は、本発明のスイッチングアンプと、動電型スピーカーと、並列共振回路と、を備える。スイッチングアンプは、入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調してキャリア信号の成分を含む出力信号として出力する。動電型スピーカーは、磁気回路と、振動板に連結されてスイッチングアンプの出力信号が入力される第１ボイスコイルと、第１ボイスコイルに近接して別に設けられる第２ボイスコイルと、を有する。並列共振発生回路は、動電型スピーカーの第２ボイスコイルに接続し、動電型スピーカーの磁気回路における第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとの間の相互インダクタンスによって、キャリア信号の周波数で並列共振を発生させる容量素子を含む。
【００２２】
なお、並列共振発生回路は、スイッチングアンプまたは動電型スピーカーとは別に単独で構成されていてもよく、また、動電型スピーカーに連結し、容量素子が調整可能に構成されて、スイッチングアンプと共通電位に接地されていてもよい。また、並列共振発生回路は、スイッチングアンプに内蔵されていてもよい。
【００２３】
スイッチングアンプは、出力端子からキャリア信号の成分を含む変調した音声信号を出力して、動電型スピーカーの第１ボイスコイルに供給するものであればよい。具体的には、スイッチングアンプは、キャリア信号に基づいて入力音声信号をパルス幅変調またはパルス密度変調して第１パルス変調信号および第２パルス変調信号を生成するパルス変調回路と、基準電位よりも大きな第１電位を有する第１電源と、基準電位よりも小さく第１電源とは極性または電位が異なる第２電位を有する第２電源と、第１パルス変調信号に応答してオン状態またはオフ状態になり、第１電位または基準電位のいずれかを第１出力信号として出力する第１スイッチ素子と、第２パルス変調信号に応答してオン状態またはオフ状態になり、第２電位または基準電位のいずれかを第１出力信号として出力する第２スイッチ素子と、第１スイッチ素子および第２スイッチ素子からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて出力する低域通過フィルタと、を有するスイッチング出力回路と、を備えればよい。
【００２４】
また、スイッチングアンプは、単電源の場合にＢＴＬ（Bridged Transless）接続により構成されて、出力端子からキャリア信号の成分を含む変調した音声信号を出力して、動電型スピーカーの第１ボイスコイルに供給するものであればよい。具体的には、スイッチングアンプは、基準電位とは異なる第１電位を有する第１電源と、第１電源と基準電位との間に互いに直列接続される第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子と、第１電源と基準電位との間に互いに直列接続される第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子と、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子との接続節点からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて出力端子から出力する第１低域通過フィルタと、第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子との接続節点からの出力信号の所定周波数以上の成分をレベル低下させて出力端子から出力する第２低域通過フィルタと、を有するスイッチング出力回路と、を備えていればよい。ここで、スイッチング出力回路は、第１パルス変調信号または第４パルス変調信号に応答して第１スイッチ素子または第４スイッチ素子をオン状態またはオフ状態にして、第１電位または基準電位のいずれかを出力端子から出力し、第２パルス変調信号または第３パルス変調信号に応答して第２スイッチ素子または第３スイッチ素子をオン状態またはオフ状態にして、第１電位または基準電位のいずれかを出力端子から出力する。
【００２５】
本発明のスピーカー装置の場合には、スイッチングアンプの出力端子と動電型スピーカーの振動板に連結する第１ボイスコイルとを接続し、並列共振発生回路と第１ボイスコイルに近接して別に設けられる第２ボイスコイルとを接続する。ここで、動電型スピーカーの磁気回路においてキャリア信号の成分によって発生する磁界と、並列共振発生回路に流れるキャリア信号の成分によって発生する磁界とが、強め合うようにすることで、第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとの間の相互インダクタンスにより、スイッチングアンプからみた電気インピーダンスがキャリア信号の周波数付近で著しく上昇する。したがって、出力信号に含まれるキャリア信号の成分が、キャリア信号において著しく減少するので、スイッチングアンプにおいてキャリア信号の成分を低減する低域通過フィルタを、コイル／コンデンサのサイズが小さいＬＣフィルタに置換することができ、その結果、スイッチングアンプを含むスピーカー装置を小型化することができる。
【００２６】
本発明のスピーカー装置では、動電型スピーカーの第１ボイスコイルならびに第２ボイスコイルが、磁気回路の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビン上に巻き廻されて構成されていてもよく、また、第１ボイスコイルが、磁気回路の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビン上に巻き廻されて構成され、第２ボイスコイルが、磁気回路の磁気空隙に近接して固定されていてもよい。前者の場合には、動電型スピーカーの構成が簡単になり、コスト低減の効果があるので、スピーカー装置の実現が容易になる利点がある。一方、後者の場合には、動電型スピーカーの振動板に連結するボイスコイルが第１ボイスコイルのみになり、動電型スピーカーの振動系が軽量化するので、音波への変換効率が高まり、再生音圧レベルを高めることができる利点がある。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のスピーカー装置およびこれを構成するスイッチングアンプ、動電型スピーカー、並列共振発生回路は、低域通過フィルタをコイル／コンデンサのサイズが小さいＬＣフィルタによって実現して、動電型スピーカーに接続するスイッチングアンプを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるスピーカー装置について説明する図である。（実施例１）
【図２】本発明の好ましい実施形態によるスピーカー装置の動作を説明する図である。（実施例１）
【図３】本発明の好ましい実施形態によるスピーカー装置の動作を説明するグラフである。（実施例１）
【図４】本発明のスピーカー装置を構成する動電型スピーカーおよびボイスコイルについて説明する図である。（実施例１）
【図５】本発明の他の好ましい実施形態によるスピーカー装置について説明する図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好ましい実施形態によるピーカー装置およびこれを構成するスイッチングアンプ、動電型スピーカー、並列共振発生回路について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるスピーカー装置１について説明する図であり、具体的には、スピーカー装置１の構成を示すブロック図である。なお、説明に不要な一部の構造や、内部構造等は、図示ならびに説明を省略している。
【００３１】
スピーカー装置１は、スイッチングアンプ２と、スピーカーシステム３と、並列共振発生回路５と、から構成される。スピーカー装置１は、スイッチングアンプ２の入力端子７に入力されるアナログ音声信号を増幅して低域通過フィルタを経て出力端子８に出力し、コード６を介してスピーカーシステム３の入力端子９に入力する。その結果、スピーカー装置１では、スピーカーシステム３を構成する動電型スピーカー４が、増幅された音声信号を音波に変換して音声再生を行なう。図示するスピーカー装置１では、音声入力信号は、１チャンネルのみのモノラル信号について説明するが、２チャンネルのステレオ信号であってもよく、また、３チャンネル以上のマルチチャンネル信号であってもよい。
【００３２】
スイッチングアンプ２は、入力端子７に入力されるアナログ音声信号を増幅して出力端子８に出力するスイッチング増幅部１０を内部に含む。スイッチング増幅部１０は、グランドされた接地電位を基準電位として、基準電位よりも大きな第１電位Ｖ１を有する第１電源１１と、基準電位よりも小さく第１電源とは極性が異なる第２電位Ｖ２（＝−Ｖ１）を有する第２電源１２と、キャリア信号に基づいて入力音声信号をパルス幅変調するパルス変調回路１３と、２つのＭＯＳＦＥＴ１４および１５を含む。第１ＭＯＳ−ＦＥＴ１４は、ゲート端子がパルス変調回路１３に接続され、ドレイン端子が第１電源１１に接続され、ソース端子が低域通過フィルタを構成するコイル１６に接続される。また、第２ＭＯＳ−ＦＥＴ１５は、ゲート端子がパルス変調回路１３に接続され、ドレイン端子が第２電源１２に接続され、ソース端子が低域通過フィルタを構成するコイル１６に接続される。
【００３３】
スイッチングアンプ２の低域通過フィルタは、コイル１６およびコンデンサ１７から構成される。低域通過フィルタは、所定の周波数以上の高い周波数帯域の信号のレベルを低下させた信号を、出力する。コイル１６の他方端が出力端子８の端子Ｔ１に接続するスイッチング増幅部１０の出力端子に接続される。また、コイル１６の他方端は、コンデンサ１７と接続し、コンデンサ１７の他方端は、接地される。
【００３４】
パルス変調回路１３は、キャリア信号に基づいて入力音声信号をパルス幅変調して、第１パルス変調信号を第１ＭＯＳ−ＦＥＴ１４に出力し、第１パルス変調信号と異なる第２パルス変調信号を第２ＭＯＳ−ＦＥＴ１５に出力する。キャリア信号は、音声信号の周波数帯域（約20Hz〜20kHz）よりも遙かに高い周波数（例えば、約300kHz以上）の変調信号である。第１ＭＯＳ−ＦＥＴ１４は、パルス変調回路１３からの第１パルス変調信号に応答してオン状態またはオフ状態になり、第１電位Ｖ１または基準電位のいずれかを、低域通過フィルタを介してスイッチング増幅部１０の出力端子に出力する。また、第２ＭＯＳ−ＦＥＴ１５は、パルス変調回路１３からの第２パルス変調信号に応答してオン状態またはオフ状態になり、第２電位Ｖ２または基準電位のいずれかを、低域通過フィルタを介してスイッチング増幅部１０の出力端子に出力する。
【００３５】
スイッチング増幅部１０からの出力信号は、コイル１６およびコンデンサ１７から構成される低域通過フィルタを経て、出力端子８の端子Ｔ１に出力される。ただし、この低域通過フィルタは、後述する並列共振発生回路５と併用するので、通常のコイル／コンデンサよりもサイズが小さく、帯域制限する限界通過周波数が比較的に高いＬＣフィルタとして構成されている。したがって、スイッチングアンプ２の出力端子８の端子Ｔ１には、音声信号よりも遙かに周波数帯域が高いキャリア信号成分を含み、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２との間でスイングする増幅されたパルス変調信号が出力される。増幅されたパルス変調信号は、増幅された入力音声信号を含み、（図示しない）帯域制限する限界通過周波数がさらに低い他の低域通過フィルタを通過させると、入力された音声信号を電力増幅した出力信号として取り出すことができる。スイッチングアンプ２の出力端子８の端子Ｔ２は、端子Ｔ１と組になる出力端子であり、スイッチングアンプ２内において基準電位に接地されている。
【００３６】
なお、スイッチングアンプ２のスイッチング増幅部１０は、上記構成の構成に限らず、他の変調方式によるＤ級アンプであればよい。例えば、スイッチング増幅部１０のパルス変調回路１３は、キャリア信号に基づいて入力音声信号をパルス密度変調する変調回路であってもよい。スイッチング増幅部１０は、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２との間でスイングする増幅された２値のパルス変調信号を出力するものでもよく、基準電位を含む３値のパルス変調信号を出力するものでもよい。
【００３７】
図１において、スイッチングアンプ２および並列共振発生回路５は、別筐体で構成されている。並列共振発生回路５は、スイッチングアンプ２のキャリア信号の周波数で並列共振を発生させるコンデンサ５０を含む。コンデンサ５０の両端は、並列共振発生回路５の端子Ｔ３またはＴ４に接続する。コンデンサ５０は、容量を変更できる可変容量素子であるのが好ましく、キャパシタ等の他の容量素子であってもよい。
【００３８】
なお、並列共振発生回路５は、図１に示すように、スイッチングアンプ２または動電型スピーカー４を含むスピーカーシステム３とは別に単独で構成されていてもよく、また、動電型スピーカー４に連結し、コンデンサ５０が調整可能に構成されて、スイッチングアンプ２と共通電位に接地されていてもよい。また、並列共振発生回路５は、スイッチングアンプ２に内蔵されていてもよい。
【００３９】
並列共振発生回路５を単独で構成する場合は、様々なスイッチングアンプ２またはスピーカーシステム３に対応可能になる利点がある。また、並列共振発生回路５を動電型スピーカー４に連結する場合は、並列共振の回路規模が小さくなるとともに、並列共振発生回路５を含むスピーカー装置１の製造コストを下げることができる利点がある。また、並列共振発生回路５がスイッチングアンプ２に内蔵されている場合には、スイッチングアンプ２のキャリア信号の周波数に合わせて、コンデンサ５０の容量を調整することが簡単になる利点がある。
【００４０】
スピーカーシステム３は、例えば、図１に図示されるようなキャビネットに取り付けられる動電型スピーカー４を含んで構成される。動電型スピーカー４は、磁気回路４２の磁気空隙に振動可能なように配置されるボイスコイル４０および振動板４１を含む振動系を有し、磁気回路４２および振動系は、フレーム４３に支えられて、キャビネットに取り付けられる。ここで、動電型スピーカー４は、ボイスコイル４０が２つのコイルを含むダブルボイスコイル構成の動電型スピーカーであって、入力端子９には、一方のボイスコイルの巻き始め端／巻き終わり端に対応して接続する２つの接続端子Ｓ１およびＳ２が備わり、また、他方のボイスコイルの巻き終わり端／巻き始め端にそれぞれ対応して接続する２つの接続端子Ｓ３およびＳ４が備わっている。
【００４１】
スイッチングアンプ２の出力端子８および並列共振発生回路５とスピーカーシステム３の入力端子９とを接続するコード６は、端子Ｔ１とＳ１とを接続し、端子Ｔ２とＳ２とを接続する。また、コード６は、並列共振発生回路５の端子Ｔ３と端子Ｓ３とを接続し、並列共振発生回路５の端子Ｔ４と端子Ｓ４とを接続する。コード６は、不要輻射の発生を抑制する観点では、シールド線で構成するのが好ましい。
【００４２】
図２は、スピーカー装置１を構成するスイッチングアンプ２および動電型スピーカー４、ならびに、並列共振発生回路５の動作を説明する図である。具体的には、図２（ａ）は、スイッチングアンプ２の低域通過フィルタと、動電型スピーカー４のダブルボイスコイル構成のボイスコイル４０と、並列共振発生回路５のコンデンサ５０との接続関係を示すブロックダイアグラムである。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の回路構成の等価回路である。
【００４３】
ダブルボイスコイル構成の動電型スピーカー４では、２つのコイルＶＣ１およびコイルＶＣ２はそれぞれ、自己インダクタンスＬ１又はＬ２と抵抗Ｒ１又はＲ２の直列接続と近似できる。２つのコイルＶＣ１およびＶＣ２は、動電型スピーカー４の磁気回路４２の磁気空隙に同軸上に近接して配置されているので、ボイスコイル４０は、図２（ａ）では、相互に誘導する関係にある２つのコイルＶＣ１およびＶＣ２として図示している。この等価回路である図２（ｂ）で分かるように、２つのコイルＶＣ１およびＶＣ２を等価回路に置き換えたコイルＬ３、Ｌ４、Ｌ５において、コイルＬ３およびＬ４およびコンデンサ５０による直列共振回路と、コイルＬ４およびＬ５およびコンデンサ５０による並列共振回路と、が形成される。
【００４４】
上記の通り、スイッチングアンプ２の出力端子８の端子Ｔ１から出力される出力信号は、ＰＷＭ変調された音声信号成分とキャリア信号の成分とが含まれる。また、スイッチングアンプ２の端子Ｔ１およびＴ２は、動電型スピーカー４の端子Ｓ１およびＳ２にそれぞれ上記のように接続され、かつ、動電型スピーカー４の端子Ｓ３およびＳ４は、並列共振発生回路５の端子Ｔ３およびＴ４に接続されているので、動電型スピーカー４の磁気回路４２において、一方のコイルＶＣ１に供給される出力信号のキャリア信号の成分によって発生する磁界に対して、他方のコイルＶＣ２には、並列共振点で電流、位相が反転して磁界を強め合うようにする現象が生じることになる。
【００４５】
したがって、コイルＶＣ２の両端を接続する並列共振発生回路５のコンデンサ５０を調整して、コイルＶＣ２の自己インダクタンスＬ２とで定まる並列共振周波数を、スイッチングアンプ２のキャリア信号の周波数に一致するようにして、キャリア信号の周波数において電気インピーダンスが最大になるようにすればよい。この現象は、図２（ａ）を書き直した図２（ｂ）に図示する等価回路で示されるように、コイルＶＣ１とコイルＶＣ２との間の相互インダクタンスＬ５と、コンデンサ５０との並列共振回路として表して、説明することができる。
【００４６】
図３は、スピーカー装置１を構成するスイッチングアンプ２および動電型スピーカー４、ならびに、並列共振発生回路５の動作を説明するグラフである。具体的には、図３（ａ）がスイッチングアンプ２の出力電圧レベルのグラフであり、図３（ｂ）がスイッチングアンプ２の出力電流レベルのグラフである。図３（ａ）に示す曲線Ｖｘ、または、図３（ｂ）に示す曲線Ｉｘが本実施例の場合である。また、図３（ａ）に示す曲線Ｖｙ、または、図３（ｂ）に示す曲線Ｉｙは、並列共振発生回路５を備えない従来の低域通過フィルタのみを備える比較例の場合である。
【００４７】
本実施例の場合には、スイッチングアンプ２のキャリア信号の周波数ｆｃ付近では、スイッチングアンプ２から見た電気インピーダンスが並列共振により著しく上昇する。したがって、スイッチングアンプ２の出力信号に含まれるキャリア信号の成分が、キャリア信号において著しく減少し、電流レベルが従来の比較例の場合の程度まで抑制されることになる。このように並列共振の周波数付近で電気インピーダンスが著しく上昇することを織り込んでおけば、スイッチングアンプ２においてキャリア信号の成分を低減する低域通過フィルタを構成するコイル１６およびコンデンサ１７のサイズを、比較的に小さいＬＣフィルタに置換することができる。ただし、音声信号の成分については関係がないので、動電型スピーカー４は、音声を再生することができる。
【００４８】
その一方で、本実施例の場合には、キャリア信号の周波数ｆｃ付近での電気インピーダンスを並列共振により大きくできるので、従来よりも小さいＬＣフィルタにして直列共振の周波数を高くすることができ、スイッチングアンプ２の出力周波数特性が広くすることができる。従来には、キャリア信号の周波数ｆｃ付近での電気インピーダンスを本実施例の場合の程度に大きくするには、並列共振発生回路５を備えない従来例の場合の程度に直列共振の周波数を低くする必要があるが、これは、低域通過フィルタをコイル１６およびコンデンサ１７の値ならびに構成素子のサイズを大きくしなければならない。
【００４９】
つまり、スピーカー装置１では、上記実施例で説明するように、スイッチングアンプ２においてキャリア信号の成分を低減する低域通過フィルタを、従来よりも小さくできる。従来のスイッチングアンプでは、低域通過フィルタを構成する場合に、高い電圧値および大きな電流値に対応するコイルおよびコンデンサから構成されるＬＣフィルタが多用されるが、コイル／コンデンサのサイズが大きくなるという問題があるので、スピーカー装置１のスイッチングアンプ２は、従来よりも小型化が可能である。本実施例の場合には、低域通過フィルタを構成するコイル１６のインダクタンス値を、例えば約１／５〜約１／１００にすることができる。コイル１６のインダクタンス値は、コイル巻き数の二乗に比例し、コイル断面積に比例し、コイル長さに反比例する。したがって、コイル１６のインダクタンス値を小さくすることは、すなわち、コイルのコイル断面積を小さくすること、あるいは、コイルの長さを短くすることになるので、ＬＣフィルタの小型化が可能である。
【００５０】
図４は、スピーカー装置１を構成する動電型スピーカー４およびボイスコイル４０について説明する図である。具体的には、その一例として、図４（ａ）はボイスコイル４０ａの断面図であり、図４（ｂ）は他のボイスコイル４０ｂの断面図であり、図４（ｃ）は他のボイスコイル４０ｃおよび動電型スピーカー４の断面図である。なお、動電型スピーカー４およびボイスコイル４０の断面図では、その他の説明不要な構成は、図示を省略している。
【００５１】
図４（ａ）のボイスコイル４０ａは、最も標準的なダブルボイス構成を示す。一般的なボイスコイルは、薄いシート状の材料を円筒状に形成したボビンの上にボイスコイルを巻き廻して構成されるので、ボイスコイル４０ａでは、ボビンＶＢ上に第１ボイスコイルＶＣ１を巻き回し、その上からさらに第２ボイスコイルＶＣ２を巻き回している。つまり、ボイスコイル４０ａでは、第１ボイスコイルＶＣ１ならびに第２ボイスコイルＶＣ２が、磁気回路４２の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビンＶＢ上に巻き廻されて構成されている。
【００５２】
ボイスコイル４０ａでは、第１ボイスコイルＶＣ１ならびに第２ボイスコイルＶＣ２が密着して構成される。その結果、一方のコイルＶＣ１に供給される出力信号のキャリア信号の成分によって発生する磁界と、他方のコイルＶＣ２に供給されるキャリア抽出信号によって発生する磁界とが、コモンモードによって非常に良好に反発し合うようになる利点がある。ボイスコイル４０ａは、最も標準的なダブルボイス構成でもあるので、動電型スピーカー４の製造コストの面でも有利である。したがって、ボイスコイル４０ａを含む動電型スピーカー４から構成されるスピーカー装置１は、スイッチングアンプ２においてキャリア信号の成分を低減する低域通過フィルタを、比較的に小さなものに置換できる。
【００５３】
図４（ｂ）のボイスコイル４０ｂは、本発明のスイッチングアンプ２に適する他のダブルボイス構成を示す。上記の一般的なダブルボイスコイル構成を示すボイスコイル４０ａに対して、ボイスコイル４０ｂでは、ボビンＶＢ上に第１ボイスコイルＶＣ１を巻き回し、第１ボイスコイルＶＣ１に重ならないようにさらに第２ボイスコイルＶＣ２を巻き回している。つまり、ボイスコイル４０ｂでも、第１ボイスコイルＶＣ１ならびに第２ボイスコイルＶＣ２が、磁気回路４２の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビンＶＢ上に巻き廻されて構成されている。
【００５４】
ボイスコイル４０ｂでは、コイルＶＣ１が動電型スピーカー４の磁気回路４２の磁気空隙に配置されて、コイルＶＣ２は、同軸上にコイルＶＣ１に近接するように構成される。その結果、一方のコイルＶＣ１に供給される出力信号のキャリア信号の成分によって発生する磁界と、他方のコイルＶＣ２に供給されるキャリア抽出信号によって発生する磁界とが、コモンモードによって非常に良好に反発し合うのは、ボイスコイル４０ａの場合と同様である。ボイスコイル４０ｂでは、コイルＶＣ１が動電型スピーカー４の磁気回路４２のプレートとポールとの間に規定される磁気空隙に配置されていれば、コイルＶＣ２は、磁気空隙から外れた位置に配置されることになる。
【００５５】
したがって、ボイスコイル４０ｂでは、動電型スピーカー４の磁気回路４２の磁気空隙を、コイルＶＣ１が配置されるだけでよいように十分に狭くできるので、磁気空隙中での磁束密度を高めることができ、結果的に変換効率の高い動電型スピーカー４を実現できる利点がある。ボイスコイル４０ｂも、標準的なボイスコイル製造の工程を利用して構成することができるので、動電型スピーカー４の製造コストの面でも有利である。したがって、ボイスコイル４０ｂを含む動電型スピーカー４から構成されるスピーカー装置１は、スイッチングアンプ２においてキャリア信号の成分を低減する低域通過フィルタを、比較的に小さなものに置換できる。
【００５６】
図４（ｃ）の動電型スピーカー４は、本発明のスイッチングアンプ２に適するダブルボイス構成を示す。上記のダブルボイスコイル構成を示すボイスコイル４０ａおよび４０ｂに対して、ボイスコイル４０ｃでは、コイルＶＣ１が磁気回路４２の磁気空隙中に振動可能に配置されるボビンＶＢ上に巻き廻されて構成され、コイルＶＣ２が、磁気回路４２の磁気空隙に近接して固定されている。つまり、ボイスコイル４０ｃでは、一方のコイルＶＣ１のみがボビンＶＢ上に巻き廻されて振動可能に構成される一方で、他方のコイルＶＣ２は、磁気回路４２に固定される。
【００５７】
図４（ｃ）の動電型スピーカー４において、ボイスコイル４０ｃのコイルＶＣ１は、動電型スピーカー４の磁気回路４２の磁気空隙に配置されて、コイルＶＣ２は、同軸上にコイルＶＣ１に近接するように構成される。その結果、一方のコイルＶＣ１に供給される出力信号のキャリア信号の成分によって発生する磁界と、他方のコイルＶＣ２に供給されるキャリア抽出信号によって発生する磁界とが、コモンモードによって非常に良好に反発し合うのは、ボイスコイル４０ａ並びに４０ｂの場合と同様である。ボイスコイル４０ｃでは、コイルＶＣ２がボビンＶＢ上に巻き廻されていないので、コイルＶＣ１を含む動電型スピーカー４の振動系の重量が、ボイスコイル４０ａおよび４０ｂの場合よりも軽くなる。
【００５８】
したがって、ボイスコイル４０ｃでは、動電型スピーカー４の磁気回路４２の磁気空隙を、コイルＶＣ１が配置されるだけでよいように十分に狭くできるので、磁気空隙中での磁束密度を高めることができ、さらに振動系の重量が軽くなるので、結果的に変換効率の高い動電型スピーカー４を実現できる利点がある。コイルＶＣ１を含むボイスコイル４０ｃは、標準的なボイスコイル製造の工程で作成するボイスコイルと同じ構成であり、また、コイルＶＣ２も、標準的なボイスコイル製造の工程を利用して構成することができるので、動電型スピーカー４の製造コストの面でも有利である。したがって、ボイスコイル４０ｃを含む動電型スピーカー４から構成されるスピーカー装置１は、スイッチングアンプ２においてキャリア信号の成分を低減する低域通過フィルタを、比較的に小さなものに置換できる。
【００５９】
なお、本実施例のスピーカー装置１では、別筐体のスイッチングアンプ２、スピーカーシステム３および並列共振発生回路５から構成される場合を説明及び図示したが、スイッチングアンプ２およびスピーカーシステム３および並列共振発生回路５は、一つの筐体に含まれて構成されていてもよく、また、組み立てて一つのスピーカー装置１に構成するものであってもよい。また、動電型スピーカー４は、図示するような外磁型の磁気回路を備えて振動板及びボイスコイルが振動する直接放射型の動電型スピーカーに限らず、内磁型の磁気回路を備える動電型スピーカーであってもよい。
【実施例２】
【００６０】
図５は、本発明の他の好ましい実施形態によるスピーカー装置１について説明する図であり、具体的には、スイッチングアンプ２および動電型スピーカー４の構成を示すブロック図である。なお、説明に不要な一部の構造や、先の実施例での説明と重複する部分は、図示ならびに説明を省略する。
【００６１】
すなわち、図５において、スイッチングアンプ２とは別筐体で構成されて、動電型スピーカー４のコイルＶＣ２に接続する並列共振発生回路５は、図示されていない。並列共振発生回路５は、図１の場合のように、スイッチングアンプ２のキャリア信号の周波数で並列共振を発生させるコンデンサ５０を含む。
【００６２】
本実施例のスイッチングアンプ２は、先の実施例とはスイッチング増幅部１０の構成が異なり、単電源でＢＴＬ（Bridged Transless）接続により構成されて、出力端子からキャリア信号の成分を含む変調した音声信号を出力して、動電型スピーカー４のコイルＶＣ１に供給する。スイッチングアンプ２は、基準電位とは異なる第１電位を有する第１電源１１と、第１〜第４スイッチ素子（２１〜２４）と、第１低域通過フィルタを構成するコイル２５およびコンデンサ２７と、第２低域通過フィルタを構成するコイル２６およびコンデンサ２８と、を備える。したがって、動電型スピーカー４のコイルＶＣ１は、第１スイッチ素子２１及び第２スイッチ素子２２との接続節点から第１低域通過フィルタを介した一方の出力端子と、第３スイッチ素子２３及び第４スイッチ素子２４との接続節点から第２低域通過フィルタを介した他方の出力端子と、に接続される。
【００６３】
図５（ａ）に図示するように、スイッチングアンプ２は、キャリア信号に基づいて入力音声信号をパルス幅変調したパルス変調回路１３からの第１パルス変調信号または第４パルス変調信号に応答して、第１スイッチ素子２１および第４スイッチ素子２４をオン状態にして、第１電位を動電型スピーカー４のコイルＶＣ１に出力する。また、図５（ｂ）に図示するように、スイッチングアンプ２は、キャリア信号に基づいて入力音声信号をパルス幅変調したパルス変調回路１３からの第２パルス変調信号または第３パルス変調信号に応答して、第２スイッチ素子２２および第３スイッチ素子２３をオン状態にして、第１電位を動電型スピーカー４のコイルＶＣ１に出力する。ただし、前者図５（ａ）の場合と後者図５（ｂ）の場合とでは、動電型スピーカー４の第１ボイスコイルに流れる電流が逆向きになる。
【００６４】
また、図５（ｃ）に図示するように、スイッチングアンプ２は、パルス変調回路１３からの第１パルス変調信号または第３パルス変調信号に応答して、第１スイッチ素子２１および第３スイッチ素子２３をオフ状態にする一方で、第２パルス変調信号または第４パルス変調信号に応答して、第２スイッチ素子２２および第４スイッチ素子２４をオン状態にして、動電型スピーカー４のコイルＶＣ１の両端電位が等しくなるようにして、コイルＶＣ１に電流が流れないようにする。同様に、図５（ｄ）に図示するように、スイッチングアンプ２は、パルス変調回路１３からの第１パルス変調信号または第３パルス変調信号に応答して、第１スイッチ素子２１および第３スイッチ素子２３をオン状態にする一方で、第２パルス変調信号または第４パルス変調信号に応答して、第２スイッチ素子２２および第４スイッチ素子２４をオフ状態にして、動電型スピーカー４のコイルＶＣ１の両端電位が等しくなるようにして、コイルＶＣ１に電流が流れないようにする。
【００６５】
本実施例では、スイッチングアンプ２が、コイル２５およびコンデンサ２７とから構成される第１低域通過フィルタと、コイル２６およびコンデンサ２８とから構成される第２低域通過フィルタと、を備えるが、低域通過フィルタの構成は、これらに限定されない。低域通過フィルタは、動電型スピーカー４の第１ボイスコイルに並列に接続するものであってもよく、帯域制限する限界通過周波数が比較的に高いＬＣフィルタとして構成すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のスピーカー装置およびこれを構成するスイッチングアンプ、動電型スピーカーは、音声信号を再生する音響装置、ステレオ装置のみならず、ディスプレイ等の映像・音響機器に内蔵するヘッドホン用増幅器を内蔵するゲーム機、電話機にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１        スピーカー装置
２        スイッチングアンプ
３        スピーカーシステム
４        動電型スピーカー
５        並列共振発生回路
６        コード
７        入力端子
８        出力端子
９        入力端子
１０      スイッチング増幅部
１１      第１電源
１２      第２電源
１３      パルス変調回路
１４      第１ＭＯＳ−ＦＥＴ
１５      第２ＭＯＳ−ＦＥＴ
１６      コイル
１７      コンデンサ
２０      キャリア抽出回路部
２１〜２４  第１〜第４スイッチ素子
２５、２７  コイル
２６、２８  コンデンサ
５０      コンデンサ
【図１】
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【図２】
2016019121.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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