(57)【要約】【課題】スピーカの性能を損ねることなく、ボイスコイルの振動中心の位置を保持する。【解決手段】（ａ）に示すように、ボイスコイル１１が基準位置Ｏよりも矢印ｘ２方向にあるときには、導線１１２の上側においては紙面手前方向に電流が流れ、下側においては紙面奥方向に電流が流れる。また、磁気回路１２によって発生される磁界の方向は矢印Ｂ方向であるから、ボイスコイル１１に作用するローレンツ力は矢印ｘ１方向となり、その変位量ａを小さくするように駆動させられる。一方、（ｂ）に示すように、ボイスコイル１１が基準位置Ｏよりも矢印ｘ１方向にあるときには、電流の向きは逆となるから、ローレンツ力の向きは矢印ｘ２方向となり、変位量ａを小さくするように駆動させられる。これにより、スピーカの性能を損ねうる機械的な部材を用いなくても、ボイスコイル１１の振動中心位置は基準位置Ｏに保持される。【選択図】図３
2009206630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンに導線が巻き付けられたボイスコイルに対して、与えられた音信号に応じた電流を供給して当該ボイスコイルをその軸方向に電磁駆動し、当該ボイスコイルを有するスピーカから放音させるスピーカ駆動回路において、
前記ボイスコイルの、前記軸方向における基準位置からの変位量を検出する変位量検出手段と、
前記音信号が与えられているときには、前記変位量検出手段によって検出された変位量に応じた電位と前記音信号の電位との電位差に応じた大きさの電流を前記ボイスコイルに供給し、前記音信号が与えられてないときには、前記変位量検出手段により検出される前記変位量が小さくなる位置へと前記ボイスコイルを電磁駆動させるような電流を当該ボイスコイルに供給する差動増幅手段と
を備えることを特徴とするスピーカ駆動回路。
【請求項２】
前記変位量検出手段は、
前記ボイスコイルに設けられた発光体と、
前記発光体によって発せられた光を受光し、当該光のエネルギーに応じた大きさの信号を、前記ボイスコイルの変位量として出力する検出素子とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ駆動回路。
【請求項３】
前記変位量検出手段によって検出された変位量に応じた大きさの信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって出力される信号に対し、所定の周波数帯域に通過帯域を有するフィルタでフィルタリングを行い、前記変位量検出手段により検出された変位量に応じた電位を表す信号として前記差動増幅手段に出力するフィルタ手段と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ駆動回路。
【請求項４】
前記変位量検出手段によって検出された変位量に応じた大きさの信号を出力する信号処理手段を備え、
前記差動増幅手段は、
２つの入力端子と出力端子とを有し、一方の前記入力端子には前記信号処理手段によって出力される信号が入力され、他方の前記入力端子には前記音信号が入力され、前記出力端子からは、双方の前記入力端子に入力された信号及び音信号の電位差に応じて増幅された信号が出力される増幅手段と、
前記一方の入力端子と前記出力端子との間に設けられた容量性素子と
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ駆動回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のスピーカ駆動回路と、
前記ボイスコイルと、
前記ボイスコイルをその軸方向に電磁駆動させるための磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記スピーカ駆動回路の前記差動増幅手段によって供給された電流と、前記磁界発生手段によって発生させられた磁界とによって電磁駆動させられた当該ボイスコイルにより、振動させられて放音する振動板と
を有するスピーカと
を備えることを特徴とするスピーカ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカ駆動回路及びスピーカ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から動電形スピーカ（ダイナミック形スピーカ）が知られている。これらは振動板やその振動源の構造などによりムービングコイル形、リボン形、ブラットハーラ形、及びハイル形などに分類されるが、その基本は電磁気力により振動板を駆動させるものであり、比較的簡単な構造で高い変換効率が得られるため、スピーカの主流となっている。その中でもムービングコイル形は、動電形スピーカの大部分を占め、これにはコーン形スピーカやドーム形スピーカが含まれる。
【０００３】
コーン形スピーカは、図９に示すスピーカ１００のように、円錐形のコーン振動板Ｃを用いるものである。スピーカ１００は、コーン振動板Ｃを駆動するための駆動力を発生するボイスコイル１１、ボイスコイル１１の軸方向（図中矢印ｘ１，ｘ２方向）と直交する方向（図中矢印Ｂ方向）に磁界を発生させる磁気回路１２、ボイスコイル１１を磁気回路１２のギャップＧｐに対して一定の位置に保つためのダンパＤ、ボイスコイル１１の先端に連結されたコーン振動板Ｃの周辺を支持するエッジＥ、及びこれらの部品を連結するフレームＦから構成される。ボイスコイル１１は、導線１１２が筒状のボビン１１１に巻き付けられて形成されており、その軸方向に駆動可能なように支持されている。ボイスコイル１１を形成する導線１１２の両端（電極ｐ３，ｐ４）において、音信号に応じた電流が流れると、導線１１２に作用するローレンツ力によってボイスコイル１１はその軸方向に電磁駆動させられ、この電磁駆動により、自身に直結しているコーン振動板Ｃを振動させる。このときのボイスコイル１１の振動中心位置を、基準となる位置（以下、「基準位置Ｏ」という。）に保持するための部材として、ダンパＤとエッジＥが設けられている。例えば特許文献１には、スピーカの周波数特性を高音域まで改善するために、液圧駆動型スピーカが駆動を停止しているときに、変位センサによる振動板のホームポジション（上記の基準位置に相当）からの変位の検出結果に基づいて、それをホームポジションに戻すよう制御することが開示されている。
【特許文献１】特開平７−１５４８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１に記載の技術は、振動板をホームポジションに戻すためのばねを設け、振動板のホームポジションからの変位に比例した復元力を発生させる、というものである。ところが、ばね等の部材を用いて機械的に振動板をホームポジションに保持しようとすると、振動板の振動状態がそれらの力学特性に強く依存するため、振動板の振動が妨げられ、周波数毎に音にムラが生じてしまうとか、振動板Ｃの振幅を制限してしまう等の不都合が生じることがある。これでは、スピーカ本来の性能が損なわれてしまう。
そこで、本発明は、スピーカの性能を損ねることなく、ボイスコイルの振動中心の位置を保持するための仕組み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】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスピーカ駆動回路の第１の構成は、ボビンに導線が巻き付けられたボイスコイルに対して、与えられた音信号に応じた電流を供給して当該ボイスコイルをその軸方向に電磁駆動し、当該ボイスコイルを有するスピーカから放音させるスピーカ駆動回路において、前記ボイスコイルの、前記軸方向における基準位置からの変位量を検出する変位量検出手段と、前記音信号が与えられているときには、前記変位量検出手段によって検出された変位量に応じた電位と前記音信号の電位との電位差に応じた大きさの電流を前記ボイスコイルに供給し、前記音信号が与えられてないときには、前記変位量検出手段により検出される前記変位量が小さくなる位置へと前記ボイスコイルを電磁駆動させるような電流を当該ボイスコイルに供給する差動増幅手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の第２の構成は、上述の第１の構成において、前記変位量検出手段は、前記ボイスコイルに設けられた発光体と、前記発光体によって発せられた光を受光し、当該光のエネルギーに応じた大きさの信号を、前記ボイスコイルの変位量として出力する検出素子とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第３の構成は、上述の第１又は２の構成において、前記変位量検出手段によって検出された変位量に応じた大きさの信号を出力する信号処理手段と、前記信号処理手段によって出力される信号に対し、所定の周波数帯域に通過帯域を有するフィルタでフィルタリングを行い、前記変位量検出手段により検出された変位量に応じた電位を表す信号として前記差動増幅手段に出力するフィルタ手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第４の構成は、上述の第１又は２の構成において、前記変位量検出手段によって検出された変位量に応じた大きさの信号を出力する信号処理手段を備え、前記差動増幅手段は、２つの入力端子と出力端子とを有し、一方の前記入力端子には前記信号処理手段によって出力される信号が入力され、他方の前記入力端子には前記音信号が入力され、前記出力端子からは、双方の前記入力端子に入力された信号及び音信号の電位差に応じて増幅された信号が出力される増幅手段と、前記一方の入力端子と前記出力端子との間に設けられた容量性素子とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るスピーカ装置は、上述の第１〜第４のいずれか１の構成のスピーカ駆動回路と、前記ボイスコイルと、前記ボイスコイルをその軸方向に電磁駆動させるための磁界を発生させる磁界発生手段と、前記スピーカ駆動回路の前記差動増幅手段によって供給された電流と、前記磁界発生手段によって発生させられた磁界とによって電磁駆動させられた当該ボイスコイルにより、振動させられて放音する振動板とを有するスピーカとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スピーカの性能を損ねることなく、ボイスコイルの振動中心の位置を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態の構成について図面を参照しつつ説明する。
（１）第１実施形態
（１−１）構成
まず、本実施形態の構成について説明する。図１は、スピーカ装置１の構成を示した回路図である。同図に示すように、スピーカ装置１は、スピーカ部１０と、スピーカ駆動回路２０とを備える。
（１−１−１）スピーカ部１０内の構成
まず、スピーカ部１０内の構成について説明する。なお、図９に示すスピーカ１００と同じ構成については同じ符号を付して表し、その詳細な説明を省略する。
図１に示すように、スピーカ部１０はコーン形スピーカであり、コーン振動板Ｃ、コーン振動板Ｃを駆動するボイスコイル１１、磁気回路１２、エッジＥ及びフレームＦから構成される。このスピーカ部１０は、図９に示したスピーカ１００が有するダンパＤに相当する構成を有していない。また、ボビン１１１のコーン振動板Ｃ寄りの位置に導線１１２が巻き付けられることで、ボイスコイル１１が形成されている。
【００１２】
また、スピーカ部１０内には、ボイスコイル１１の、軸方向（矢印ｘ１，ｘ２方向）における基準位置からの変位量を検出するための変位量検出センサ１３が設けられている。この変位量検出センサ１３は、スピーカ駆動回路２０の構成の一部である。
変位量検出センサ１３は、発光体であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）１３１、及び検出素子であるＰＳＤ（Position Sensitive Detector ；半導体位置検出素子）１３２からなる。ＬＥＤ１３１は、ボビン１１１表面において、導線１１２が巻き付けられていない図中左方の位置、つまり、コーン振動板Ｃから遠い位置に設けられている。ＰＳＤ１３２は、ＬＥＤ１３１の発光面と対向するように、スピーカ部１０の筐体に設けられている。
【００１３】
ＬＥＤ１３１からＰＳＤ１３２に向かって光が照射されると、ＰＳＤ１３２はそれを受光し、そのときの光のエネルギーの大きさと受光位置とに応じてＬＥＤ１３１の位置が検出される。なお、図１は、ＬＥＤ１３１によって照射される光がＰＳＤ１３２の中心位置に照射される場合を示しており、このとき、ボイスコイル１１の振動中心位置は基準位置Ｏに一致し、ＰＳＤ１３２によって出力される電圧信号（以下、「検出信号」という。）の電位は共に０（接地電位）に等しいものとする。一方、ボイスコイル１１が基準位置Ｏからずれていると、ＬＥＤ１３１によって照射される光をＰＳＤ１３２が受光する位置は変化するから、ＰＳＤ１３２によって出力される電圧信号の電位も変化する。このＰＳＤ１３２から電圧信号を取り出す位置として、以下において、ボイスコイル１１の軸方向に対する一方の端部（コーン振動板Ｃ寄りの位置）をＰＳＤ端ｐ１と呼び、他端（コーン振動板Ｃから遠い位置）をＰＳＤ端ｐ２と呼ぶ。
【００１４】
ここで、ＰＳＤ１３２による受光位置の検出原理について説明する。
ＰＳＤ１３２においては、ＬＥＤ１３１からの光を受光すると、その受光位置にはその光のエネルギーに比例した電荷が発生する。このように発生した電荷は光電流として抵抗層に供給され、ＰＳＤ端ｐ１，ｐ２から微弱な電圧信号として検出信号が出力される。このとき、光電流は、光の入射位置からＰＳＤ端ｐ１，ｐ２までの距離に反比例する大きさに分けられ、その分けられた各電流値に応じた電位の検出信号が出力される。よって、各ＰＳＤ端ｐ１，ｐ２からの検出信号の電位からＰＳＤ１３２における受光位置を検出することができる。例えば、ボイスコイル１１が基準位置Ｏの右方（矢印ｘ２方向）に移動させられて、ＰＳＤ１３２の中心位置よりも右側にてＬＥＤ１３１からの光を受光した場合、ＬＥＤ１３１による光の受光位置とＰＳＤ端ｐ１との抵抗は、基準位置Ｏにあるときよりも小さくなる。これにより、ＰＳＤ端ｐ１の電位は抵抗の減少に伴って上昇する。一方、ＰＳＤ端ｐ２においては、受光位置との間の抵抗は大きくなるから、その電位はほぼ０のままである。一方、ボイスコイル１１が基準位置Ｏよりも左方（矢印ｘ１方向）に移動させられた場合には、ＰＳＤ端ｐ１は抵抗の増大によりその電位は０のままであり、ＰＳＤ端ｐ２の電位は、抵抗の減少により上昇する。
このように、変位量検出センサ１３は、ＰＳＤ１３２の受光位置に応じた検出信号を、ボイスコイル１１の基準位置Ｏからの変位の大きさを表す変位量として検出し、これをスピーカ駆動回路２０に出力する。
【００１５】
（１−１−２）スピーカ駆動回路２０の構成
続いて、スピーカ駆動回路２０の構成について説明する。スピーカ駆動回路２０は、ＰＳＤ電源部２１と、ＰＳＤ信号処理回路２２と、差動増幅器２３とを備えている。
ＰＳＤ電源部２１は、電源Ｅと抵抗素子ｒとを有しており、変位量検出センサ１３のＬＥＤ１３１が光を照射するために用いる電力を供給する。このＰＳＤ電源部２１は、例えば外部の商用電源を利用してもよいし、乾電池等の蓄電手段を用いてもよく、この給電の態様はいかなる手法を用いてもよい。
【００１６】
ＰＳＤ信号処理回路２２は、２つの入力端子がそれぞれ変位量検出センサ１３のＰＳＤ端ｐ１，ｐ２とそれぞれ接続されており、ＰＳＤ端ｐ１、ｐ２のそれぞれから供給された検出信号の電位差（すなわち、ボイスコイル１１の変位量）に応じた電圧信号を出力するための信号処理を行う。具体的には、ＰＳＤ信号処理回路２２は、電源電圧＋ＶＤＤ，−ＶＤＤが与えられ、所定の増幅率で電圧信号を増幅して出力する増幅回路や、ボイスコイル１１の変位量に応じた電圧信号を出力するための演算を行う演算回路を有する。
【００１７】
ここで、図２は、信号処理回路２２に供給される検出信号が表す変位量と、信号処理回路２２によって出力される電圧信号の出力電位との関係を示したグラフである。同図において、横軸は、ボイスコイル１１の変位量ａを表し、縦軸は、信号処理回路２２が出力する電圧信号の出力電位Ｖ（ａ）を表している。なお、出力電位Ｖ（ａ）は、図１に示した回路の点Ａの電位に等しい。また、変位量ａにおいては、ボイスコイル１１が、図１の矢印ｘ２方向に移動させられたときの変位量を正の値で表し、図１の矢印ｘ１方向に移動させられたときの変位量を負の値で表す。図２に示すように、変位量ａと出力電位Ｖ（ａ）とは原点を通る線形特性を示している。
【００１８】
また、同図に示すように、ボイスコイル１１が基準位置Ｏにあり、変位量ａが０のときには、ＰＳＤ信号処理回路２２の出力電位Ｖ（０）＝０となる。一方、ボイスコイル１１が基準位置Ｏよりも矢印ｘ２方向側の位置にある場合、ＰＳＤ信号処理回路２２は、基準位置Ｏからの距離（つまり変位量）の大きさに比例した正の電位の電圧信号を出力する。これとは逆に、ボイスコイル１１が基準位置Ｏより矢印ｘ１方向側の位置にある場合、ＰＳＤ信号処理回路２２は基準位置Ｏからの距離（つまり変位量）の大きさに比例した負の電位の電圧信号を出力する。
このように、ＰＳＤ信号処理回路２２は、検出信号に基づいて、変位量ａに比例した正又は負の電位Ｖ（ａ）の電圧信号を出力するための、検出信号の増幅や、図２に示す線形特性を得るための演算を行う。
【００１９】
続いて、差動増幅器２３は、ＰＳＤ信号処理回路２２によって出力された電圧信号と、外部装置（図３においては、音源Ｓで表す）から与えられる音信号との電位差に応じた電圧信号を、スピーカ部１０に入力する信号として出力端子Ｏｕｔに出力する。
差動増幅器２３のアンプ２３１は、電源電圧＋Ｖｃｃ，−Ｖｃｃが与えられ、双方の入力端子に入力された信号の電位差に応じて増幅した電圧信号を出力端子Ｏｕｔに出力する増幅手段である。アンプ２３１の一方の入力端子（逆相入力端子）Ｉｎ１は、抵抗素子２３２を介して信号処理回路２２の出力側（すなわち、点Ａ）と接続されており、信号処理回路２２の出力電位Ｖ（ａ）の電圧信号が入力される。一方、アンプ２３１の他方の入力端子（正相入力端子）Ｉｎ２は、音源Ｓと接続されており、音源Ｓによって出力された音信号（その電位をｅiとする）が入力される。なお、スピーカ装置１に音信号を与える外部装置は、例えばＣＤ（Compact Disc）プレーヤやＤＶＤ（Digital Versatile Disc）プレーヤ等のＡＶ（Audio Visual）機器等の音信号を供給する装置である。
【００２０】
また、アンプ２３１の逆相入力端子Ｉｎ１と出力端子Ｏｕｔとの間には、抵抗素子２３３が設けられている。出力端子Ｏｕｔの出力電位をｅoとした場合、出力電位ｅoは下記式（１）の演算式によって算出することができる。なお、アンプ２３１の入力インピーダンスは非常に大きいものとし、各入力端子は同電位である（イマジナリショート）とみなす。また、抵抗素子２３２、２３３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とする。
ｅo＝Ｒ２／Ｒ１（ｅi−Ｖ（ａ））＋ｅi  ・・・（１）
【００２１】
式（１）によって表される、出力端子Ｏｕｔの出力電位ｅoが、ボイスコイル１１の導線１１２の両端（すなわち、電極ｐ３，ｐ４間）に生じるから、この電位差に応じた電流値の電流がボイスコイル１１に供給される。この電流と、磁気回路１２によって発生させられる磁界とによって、ボイスコイル１１は電磁駆動させられる。具体的には、ボイスコイル１１には、電流の電流値に比例した大きさのローレンツ力がその軸方向（図中矢印ｘ１又はｘ２方向）に作用するから、ボイスコイル１１はそのローレンツ力の作用する方向に駆動し、コーン振動板Ｃを振動させる。
【００２２】
（１−２）動作
続いて、スピーカ装置１の動作について、スピーカ装置１に音源Ｓから音信号が与えられず放音しないときの動作と、スピーカ装置１に音信号が与えられ、それに応じた放音を行うときの動作とに分けて説明する。
（１−２−１）スピーカ装置１が放音しないとき
スピーカ装置１が放音しないときにおいては、音源Ｓからはスピーカ装置１に音信号が与えられず、そのときの差動増幅器２３のアンプ２３１の正相入力端子Ｉｎ２の電位は接地電位（すなわち、ｅi＝０）に等しくなる。したがって、差動増幅器２３の出力端子Ｏｕｔの出力電位ｅoは、式（１）に従って、ｅo＝−Ｒ２／Ｒ１・Ｖ（ａ）と表される。つまり、この式と、図２に示した線形特性によれば、差動増幅器２３の出力端子Ｏｕｔの電位ｅoは、ボイスコイル１１の変位量ａに比例した大きさとなる。
続いて、変位量ａと、ボイスコイル１１の電磁駆動との関係について説明する。
【００２３】
（Ａ）変位量ａ＝０（ボイスコイル１１が基準位置Ｏにあるとき）
ボイスコイル１１が変位量ａ＝０で基準位置Ｏにあるときには、ＰＳＤ信号処理回路２２のＡ点における出力電位Ｖ（０）＝０であるから、出力端子Ｏｕｔの電位ｅo＝０となる。すなわち、出力端子Ｏｕｔ（つまり、電極ｐ３）と、電極ｐ４とは接地電位で同電位となり、導線１１２には電流が供給されない。導線１１２に電流が供給されなければ、ボイスコイル１１にはローレンツ力は作用しないから、ボイスコイル１１は基準位置Ｏに静止したままとなる。
【００２４】
（Ｂ）変位量ａ＞０（ボイスコイル１１が基準位置Ｏよりも矢印ｘ２方向にあるとき）
ボイスコイル１１が何らかの理由により基準位置Ｏからずれ、矢印ｘ２方向にある場合には、この変位量ａの大きさに比例してＶ（ａ）は正に大きくなる。したがって、出力端子Ｏｕｔの電位は負となり、ボイスコイル１１に対して矢印ｘ１方向にローレンツ力が作用することになる。
ここで、ボイスコイル１１に供給される電流と、ボイスコイル１１に作用するローレンツ力との関係について、図３を参照しつつ説明する。
図３（ａ）は、ボイスコイル１１の断面とその周囲の構成を示した図であり、ボイスコイル１１が基準位置Ｏよりも矢印ｘ２方向（ａ＞０）に移動させられたときの様子を表している。このとき、Ｖ（ａ）＞０であるから、差動増幅器２３の出力端子Ｏｕｔの電位は負となり、電流は、図１に示した電極ｐ４→導線１１２→電極ｐ３→出力端子Ｏｕｔの方向に流れる。この場合、同図（ａ）に示すように、ボイスコイル１１の上側においては紙面手前方向に電流が流れ、下側においては紙面奥方向に電流が流れる。磁気回路１２によって発生させられる磁界の方向は矢印Ｂ方向であるから、ボイスコイル１１に作用するローレンツ力は、フレミング左手の法則に従って、矢印ｘ１方向となることが導き出される。
【００２５】
このように、ボイスコイル１１が基準位置Ｏから変位している方向（矢印ｘ２方向）とは、逆方向にローレンツ力が作用する。このローレンツ力によって、ボイスコイル１１は矢印ｘ１方向、すなわち次第に変位量ａが小さくなる位置へと電磁駆動させられる。また、変位量ａが小さくなるに従って電極ｐ３，ｐ４間の電位差も小さくなるから、ボイスコイル１１に作用するローレンツ力も小さくなり、次第に移動速度は小さくなる。やがて、ボイスコイル１１が基準位置Ｏに移動させられたら、前述した「変位量ａ＝０（ボイスコイル１１が基準位置Ｏにあるとき）」のように、そこにボイスコイル１１は静止させられる。
【００２６】
（Ｃ）変位量ａ＜０（ボイスコイル１１が基準位置Ｏよりも矢印ｘ１方向にあるとき）
ボイスコイル１１が基準位置Ｏからずれ、矢印ｘ１方向にある場合には、この変位量ａの大きさに比例してＶ（ａ）は負に大きくなる。したがって、出力端子Ｏｕｔの電位は正となり、図３（ｂ）に示したように、ボイスコイル１１に対して矢印ｘ２方向にローレンツ力が作用することになる。
図３（ｂ）は、ボイスコイル１１が基準位置Ｏよりも矢印ｘ１方向（ａ＜０）に移動させられたときの様子を表している。このとき、差動増幅器２３の出力端子Ｏｕｔの電位は正となり、電流は、出力端子Ｏｕｔ→電極ｐ３→導線１１２→電極ｐ４の方向へ流れる。よって、同図（ｂ）に示すように、ボイスコイル１１の上側においては紙面奥方向に電流が流れ、下側においては紙面手前方向に電流が流れ、これによってボイスコイル１１に作用するローレンツ力は、同図（ａ）とは反対で、矢印ｘ２方向に作用することになる。
【００２７】
このように、ボイスコイル１１が基準位置Ｏから変位している方向（矢印ｘ１方向）とは逆方向にローレンツ力が作用する。このローレンツ力によって、ボイスコイル１１は矢印ｘ２方向、すなわち次第に変位量ａが小さくなる位置へと電磁駆動させられる。このときにおいても、変位量ａが小さくなるに従って電極ｐ３，ｐ４間の電位差は小さくなるから、ボイスコイル１１に作用するローレンツ力も小さくなり、次第に移動速度は小さくなる。そして、ボイスコイル１１が基準位置Ｏに移動させられたら、前述した「変位量ａ＝０（ボイスコイル１１が基準位置Ｏにあるとき）」のときのように、そこにボイスコイル１１は静止させられる。
【００２８】
以上、説明したように、変位量ａ＝０のときには、ボイスコイル１１は基準位置Ｏに静止させられ、変位量ａ≠０のときには、ボイスコイル１１は変位量ａが小さくなるようローレンツ力によって移動させられ、基準位置Ｏに到達したらそこに静止させられる。さらには、ボイスコイル１１が基準位置Ｏに近づくほどローレンツ力は小さくなり、移動速度も小さくなるから、慣性によって基準位置Ｏを通り過ぎることもなく、基準位置Ｏに静止させられる。このようにして、スピーカ装置１は放音をしないときにおいて、ボイスコイル１１の振動中心位置を基準位置Ｏに保持することができるのである。
【００２９】
（１−２−２）スピーカ装置１が放音するとき
スピーカ装置１が放音するときにおいては、音源Ｓからはスピーカ装置１に音信号が与えられるから、そのときの差動増幅器２３のアンプ２３１の正相入力端子Ｉｎ２の電位はｅiとなる。このとき、スピーカ装置１は、音源Ｓから与えられた音信号に応じた放音を行うことになるが、上記と同様の原理により、変位量ａを小さくしようと作用するローレンツ力も作用することになるから、ボイスコイル１１全体に働く力は、音信号に基づいた力と、変位量ａを小さくするための力との和となる。
【００３０】
ここで、ＰＳＤ信号処理回路２２の出力側の点Ａから供給される電流は、抵抗素子２３２，２３３を介して出力端子Ｏｕｔに流れるから、この経路を考慮すれば或る定数ｎを用いて、Ｖ（ａ）＝ｎ・ｅoの関係にあるということができる。この関係を利用すれば、式（１）に基づいて、下記式（２）のような関係が成り立つ。
ｅo＝｛（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１＋ｎ・Ｒ２）｝・ｅi  ・・・（２）
【００３１】
式（２）において、Ｒ１，Ｒ２，ｎはそれぞれ定数であるから、出力端子Ｏｕｔの電位ｅoは、音信号の電位ｅiと比例関係にある。よって、ボイスコイル１１は音信号の電位に比例した変位量で駆動させられることになり、スピーカ装置１は、ボイスコイル１１を駆動して音信号に応じた放音を行うことができるのである。
【００３２】
以上説明した第１実施形態によれば、ボイスコイル１１が何らかの理由によりその軸方向に対して基準位置Ｏからずれてしまっていても、音信号が供給されないときに、スピーカ駆動回路２０はその変位量を小さくするようにローレンツ力を作用させることにより、振動中心位置を基準位置Ｏに戻すことができる。このように、スピーカ駆動回路２０が、変位量検出センサ１３によって検出されるボイスコイル１１の変位量をフィードバックして、ボイスコイル１１の電磁駆動に係る演算を行うことにより、ダンパ等の機械的な支持部材を設けなくても、ボイスコイル１１の振動中心位置を基準位置Ｏに一致させることができ、スピーカ本来の性能を低下させずに済む。
【００３３】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本実施形態におけるスピーカ装置２の構成を示す図である。なお、同図おいて、スピーカ装置１と同じ構成については、同じ符号を付して表す。このスピーカ装置２が、スピーカ装置１と異なる点は、スピーカ駆動回路２０ａにおいて、ＰＳＤ信号処理回路２２と差動増幅器２３との間にＬＰＦ（Low Pass Filter）２４が設けられている点である。
【００３４】
ここで、図５は、ＬＰＦ２４の周波数特性を示した図である。同図に示すように、人間が音を聴いて、それを認識することが可能な周波数帯域（以下、「可聴周波数帯域」という。）が約２０Ｈｚ（ヘルツ）〜２００００Ｈｚであることに基づいて、このような周波数特性のＬＰＦを用いている。同図に示すように、ＬＰＦ２４においては、可聴周波数帯域の下限値であるおよそ２０Ｈｚよりも低周波数帯域の利得が０ｄＢ（デシベル）以上である一方で、可聴周波数帯域の下限値よりも高い周波数帯域の利得が０ｄＢよりも小さい（減衰量が０ｄＢよりも大きい）周波数特性を有している。
【００３５】
ここで、ＬＰＦ２４を設ける理由について説明する。
図６は、スピーカ装置２における利得Ｇａ（ただし、Ｇａ＝−２０・ｌｏｇ（ｅo／ｅi）。）の周波数特性（フィルタ特性）の一例を示した図である。同図は、式（２）による演算を行って理論的に求めたものであり、抵抗素子２３２，２３３の抵抗素子の抵抗値Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ１ｋΩ（キロオーム）とし、前述した定数ｎを１００とした場合を示している。
同図に示すように、ＬＰＦ２４において利得Ｇａが０ｄＢよりも小さい可聴周波数帯域においては、スピーカ装置２の利得Ｇａは０ｄＢ以上となり、高い利得が得られている。反対に、ＬＰＦ２４の通過帯域である、可聴周波数帯域の低域側の利得Ｇａは０ｄＢ未満となり、十分な減衰量が確保されている。つまり、ＬＰＦ２４の通過帯域に相当する周波数帯域においては、差動増幅器２３の逆相入力端子Ｉｎ１の入力電位が比較的高いから、正相入力端子Ｉｎ２との電位差が小さくなり、これに応じて差動増幅器２３の出力端子Ｏｕｔ電位も低下し、この周波数の信号が減衰される。一方、ＬＰＦ２４が遮断した周波数帯域においては、差動増幅器２３の逆相入力端子Ｉｎ１の入力電位が低下するから、正相入力端子Ｉｎ２との電位差を大きく確保しやすくなり、差動増幅器２３の出力端子Ｏｕｔ電位を上昇させて、高い利得を確保しやすくすることができる。このように、ＬＰＦ２４が、スピーカ部１０に対して遮断する、可聴周波数帯域よりも低い周波数帯域に通過帯域を有し、このＬＰＦ２４でフィルタリングを行うことにより、スピーカ装置２はその周波数帯域の信号を減衰させてスピーカ部１０に入力することができる。
【００３６】
スピーカ装置２の動作については、上述した第１実施形態のスピーカ装置１と同じで、変位量ａ≠０であれば、この変位量を小さくするようにボイスコイル１１を電磁駆動させるためのローレンツ力が作用し、変位量ａ＝０の位置（基準位置Ｏ）に移動させられると、ローレンツ力は作用しなくなり、ボイスコイル１１はそこに静止させられるから、その詳細な動作説明を省略する。また、放音についても、上述した第１実施形態と同様に行われる。
【００３７】
以上説明した第２実施形態によれば、スピーカ装置２において、ＬＰＦ２４が可聴周波数帯域の周波数成分の音信号を減衰させるようフィルタリングを行うことで、音源Ｓからの可聴周波数帯域以上の音信号のみの利得を高くすることができる。さらには、ＬＰＦ２４は、スピーカの性能において無関係な直流成分に近い周波数成分の音信号を減衰させる機能をも有するため、直流成分の信号に起因する雑音や音質の低下を抑制することができる。
【００３８】
（３）第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、本実施形態におけるスピーカ装置３の構成を示す図である。なお、同図おいて、スピーカ装置１と同じ構成については、同じ符号を付して表している。このスピーカ装置３がスピーカ装置１と異なる点は、スピーカ駆動回路２０ｂの差動増幅器２３ａにおいて、アンプ２３１と出力端子Ｏｕｔとの間に、抵抗素子２３３に代えてコンデンサ（容量性素子）２３４を設けていることにある。
【００３９】
ここで、差動増幅器２３ａを用いる理由について説明する。
逆相入力端子Ｉｎ１と出力端子Ｏｕｔとの間に容量性素子であるコンデンサ２３４を設けることにより、アンプ２３１の逆相入力端子Ｉｎ１及び出力端子Ｏｕｔ間のインピーダンスを周波数が低いほど大きく、周波数が高いほど小さくすることができる。これにより、差動増幅器２３ａが、可聴周波数帯域のような比較的高い周波数成分の音信号を出力するときには、コンデンサ２３４のインピーダンスは小さくなるため、図中ＣＩＲ１で示したような負帰還増幅の作用により、この周波数帯域の信号の均一な増幅度を得ることができる。一方で、直流成分に近い低周波数成分の音信号については、コンデンサ２３４のインピーダンスが大きくなるので、コンデンサ２３４は遮断された状態に近づき、スピーカ部１０を含む図中ＣＩＲ２で示したような帰還作用により、差動増幅器２３ａはその周波数成分の音信号を減衰させた信号を出力端子Ｏｕｔに出力する。
【００４０】
ここで、図８は、スピーカ装置３における利得Ｇａの周波数特性の一例を示した図である。ただし、同図は式（２）による演算を行って理論的に求めたものであり、抵抗素子２３２の抵抗素子の抵抗値Ｒ１を１０ｋΩとし、前述した定数ｎを１００とした場合を示している。
同図に示すように、例えばコンデンサ２３４の静電容量が１００μＦ（マイクロファラド）の場合、遮断周波数ｆｒ１（Ｇａ＝−３ｄＢ）が可聴周波数帯域の下限値付近のおよそ１５Ｈｚであり、可聴周波数帯域付近における利得Ｇａは０ｄＢとなっている。一方、可聴周波数帯域よりも低域側においては十分な減衰量が確保され、可聴周波数帯域付近のみの周波数成分の音信号のみで高い利得Ｇａを確保することができる。具体的には、
周波数が低いほど、利得が０ｄＢの場合の（１／ｎ）倍、つまり利得Ｇａ＝−４０ｄＢに漸近し、周波数が高いほど０ｄＢに漸近した特性となっている。また、コンデンサ２３４の静電容量を１０００μＦと大きくした場合、遮断周波数ｆｒ２はおよそ１．５Ｈｚとなり、それよりも高域側の利得Ｇａを０ｄＢに確保したまま、静電容量が１００μＦの場合よりも遮断周波数を低くすることができる。反対に、コンデンサ２３４の静電容量を１０μＦと小さくした場合、遮断周波数ｆｒ３はおよそ１５０Ｈｚとなり、静電容量が１００μＦの場合よりも遮断周波数が高くすることができる。
スピーカ装置３においても、上述した第１実施形態と同様に、放音しないときにおいては、変位量ａを小さくするためのローレンツ力がボイスコイル１１に作用して基準位置Ｏに静止させられ、放音動作についても同様の原理に基づいて行われるから、その詳細な動作説明を省略する。
【００４１】
このように、第３実施形態によれば、スピーカ装置３において、その用途や目的に応じて適切な静電容量のコンデンサをアンプ２３１の入力端子−出力端子間に設けることにより、目的の遮断周波数の低域側の信号を遮断することができる。この第３実施形態において、コンデンサ２３４は、スピーカ部１０において無関係な直流成分付近の周波数の音信号を減衰させる機能をも有し、直流成分の信号に起因する雑音や音質の低下を抑制することができる。
【００４２】
（４）変形例
なお、上記実施形態を次のように変形してもよい。具体的には、例えば以下のような変形が挙げられる。これらの変形は、各々を適宜に組み合わせることも可能である。
（４−１）変形例１
上述した実施形態では、図２に示すように、ＰＳＤ信号処理回路２２は変位量ａと、出力電位Ｖ（ａ）とが線形特性を示すような電圧信号を出力していたが、厳密な線形特性でなくてもよい。上述したように、スピーカ部１０が放音しないときにおいて、変位量ａ＝０であればボイスコイル１１にローレンツ力を作用させず、変位量ａ≠０であれば、変位量ａが小さくなるようにボイスコイル１１にローレンツ力を作用させる構成であればよい。よって、ＰＳＤ１３２が変位量に対して概ね線形的に電位が高くなる検出信号を出力するのであれば、ＰＳＤ信号処理回路は、検出信号の増幅のみを行えばよい。また、例えば、図２に示した特性が曲線味のあるものであってもよく、ＰＳＤ信号処理回路が変位量ａが大きくなるほど高電位の電圧信号を出力すれば、実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（４−２）変形例２
上述した第２実施形態においては、信号処理回路２２と差動増幅器２３との間に、可聴周波数帯域の低域側に通過帯域を有するＬＰＦ２４を設け、スピーカ装置２において、可聴周波数帯域付近のみの周波数成分の利得を大きくしていた。これに対し、ＬＰＦ２４に代えて、可聴周波数帯域の上限値以上に通過帯域を有するＨＰＦ（High Pass Filter）を設けても良い。
図６では図示を省略しているが、実際には、可聴周波数帯域の上限値であるおよそ２００００Ｈｚよりも高い周波数帯域においても、およそ５ｄＢの高い利得Ｇａが確保されている。しかしながら、この周波数成分の音についても人間は認識することができないから、不要な信号といえる。また、何らかの原因により、回路中に極めて高い周波成分の信号が混入すると、各素子の周波数特性等に起因して回路動作において予期せぬ不具合が生じることもあり得る。よって、ＬＰＦ２４の代わりにＨＰＦを設けて、第２実施形態と同様の原理に基づいて、可聴周波数帯域よりも高域側の減衰量を大きく確保するようにしてもよい。また、可聴周波数帯域付近を除く信号のみを通過させるＢＰＦ（Band pass Filter）を用いてもよく、スピーカ部１０に対して遮断したい周波数帯域に通過帯域を有するフィルタを用いることができる。
【００４４】
（４−３）変形例３
上述した実施形態では、変位量検出センサ１３のＰＳＤ１３２には半導体位置検出素子を用い、ＰＳＤ信号処理回路２２が変位量ａと出力電位Ｖ（ａ）との関係が線形性を示すよう電圧信号を出力していた。これに対し、別の種類のセンサを用いてもよく、非接触型の検出センサであれば、ボイスコイル１１の駆動を妨げることはなく、変位量検出センサ１３に代えて用いることができる。この構成においても、ＰＳＤ信号処理回路に相当する信号処理回路は、検出信号の増幅や演算によって、検出センサによって検出された変位量に比例する電位Ｖ（ａ）の電圧信号を出力するようにすればよい。
また、実施形態においてスピーカ部１０にはエッジＥを設けていたが、これを省略した構成としても実施形態と同様の効果を得ることができ、エッジＥによるコーン振動板Ｃの駆動の妨げもなくなるから、スピーカ本来の性能をさらに良好にすることができる。
【００４５】
また、実施形態におけるスピーカ部とスピーカ駆動回路とはそれぞれ別体の装置として提供されてもよく、この場合、ＰＳＤ端ｐ１，ｐ２、および電極ｐ３，ｐ４の位置に接続端子が設けられることになる。また、変位量検出センサ１３は、スピーカ部の構成部品でもよく、この場合、変位量検出センサから供給される検出信号を取得して、スピーカ駆動回路が前述した動作を行うようにすればよい。
また、スピーカ部の構成はコーン形スピーカに限らず、ボイスコイルと、ボイスコイルをその軸方向に電磁駆動させるための磁界を発生させる磁界発生手段と、スピーカ駆動回路の差動増幅器によって供給された電流と、磁界発生手段によって発生させられた磁界とによって電磁駆動させられたボイスコイルにより振動させられて、放音する振動板とを有していればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスピーカ装置の構成を示した回路図である。
【図２】同実施形態の信号処理回路における変位量と、出力する電圧信号との関係を示したグラフである。
【図３】ボイスコイルに供給される電流と、ボイスコイルに作用するローレンツ力との関係を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るスピーカ装置の構成を示した回路図である。
【図５】同実施形態のＬＰＦの周波数特性を示した図である。
【図６】同実施形態のスピーカ装置における利得の周波数特性を表した図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るスピーカ装置の構成を示した回路図である。
【図８】同実施形態のスピーカ装置における利得の周波数特性を表した図である。
【図９】従来のコーン型スピーカの構造を示した図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２，３…スピーカ装置、１０…スピーカ部、１００…スピーカ、１１…ボイスコイル、１１１…ボビン、１１２…導線、１２…磁気回路、１３…変位量検出センサ、１３１…ＬＥＤ、１３２…ＰＳＤ、２０，２０ａ，２０ｂ…スピーカ駆動回路、２１…ＰＳＤ電源部、２２…ＰＳＤ信号処理回路、２３，２３ａ…差動増幅器、２３１…アンプ、２３２，２３３…抵抗素子、２３４…コンデンサ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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