(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路中の空隙の近傍に設けられ、入力音声信号に応じた電流が供給される１次コイルと、
前記空隙内に配されて、前記１次コイルに流れる電流に応じた電流が誘起される２次コイルと、
前記２次コイルに誘起される電流と前記空隙内の磁束との相互作用により前記２次コイルが振動することにより振動する振動板と、
を備え、
前記１次コイルの直流抵抗値をＲ１、インダクタンスをＬ１、巻き数をＮとし、前記２次コイルの直流抵抗値をＲ２とするとともに、前記１次コイルと前記２次コイルの結合係数をｋとしたとき、それらの定数の関係が、以下の（式１）を満足するようにしたことを特徴とするスピーカ装置。
Ｎ×（Ｒ１×Ｒ２）1/2 ／（２π×Ｌ１×（１−ｋ2 ）1/2 ）≧２００００……（式１）
【請求項２】
請求項１に記載のスピーカ装置において、再生希望帯域の高域側の周波数ｆにおいて、前記各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２，ｋが、以下の（式２）を満足することを特徴とするスピーカ装置。
0003835649.tif 000004
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、周波数が２０ｋＨｚ以上の帯域の音響信号を再生できるスピーカ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的なスピーカ装置は、図５に示すような構成とされている。これは、ダイナミック型スピーカと呼ばれているもので、このスピーカ装置の磁気回路は、ドーナツ形状のマグネット１と、鉄などの磁性材料からなる第１および第２の磁気ヨーク２、３と、空隙（ギャップ）４とを含んで構成される。第１の磁気ヨーク２は、円柱状のポールピース２ａと、このセンターポール部２ａに対して直交する円板状のフランジ部２ｂとからなっている。第２の磁気ヨーク３はプレートと呼ばれるもので、その内径が、ポールピース２ａの外周径よりも、空隙４の分だけ大きい径とされたドーナツ形状とされている。
【０００３】
そして、マグネット１の内周中空部およびプレート３の内周中空部内に、ポールピース２ａが挿入される状態で、第１の磁気ヨーク２のフランジ部２ｂの前面と、プレート３とにより、マグネット１が挟まれて取り付けられている。フランジ部２ｂの前面およびプレート３の面と、マグネット１との接触部は接着されている。
【０００４】
そして、非導電体で構成されるボイスコイルボビン５に巻回されたボイスコイル６が、プレート３とポールピース２ａとの間の空隙４内に位置するように、配される。また、ボイスコイルボビン５には、音響振動板７、例えばコーン紙が接着されて取り付けられている。音響振動板７は、そのエッジ部において、スピーカフレーム８に、取り付けられて固定されている。ボイスコイル６からは、信号入力線（リード線）９が導出される。
【０００５】
この図５のスピーカ装置においては、ボイスコイル６に音響信号による電流Ｉが流れることにより、磁気空隙４の磁束Ｂとの相互作用によって、音響振動板７を振動させる駆動力Ｆが生じる。この駆動力Ｆは、
Ｆ＝Ｂ×Ｉ×Ｄ    …（式３）
と表すことができる。ここで、Ｄは、磁界中のボイスコイル６の長さである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、レコーディング技術や、記録媒体の進歩も相俟って、今まで、あまり問題にされなかった人間の耳の可聴周波数帯域以上である２０ｋＨｚ以上の音響成分により、聴感上の再生音響出力に影響が生じることが判明し、収音特性が、１００ｋＨｚもの広帯域のマイクロホンも登場してきている。
【０００７】
そこで、これに対応して、スピーカ装置も、可聴周波数帯域以上である２０ｋＨｚ以上の音響成分も、良好に再生するようにするものが要望されている。
【０００８】
ところで、上述した図５の従来の代表的なスピーカ装置の場合、ボイスコイル６は、直流抵抗Ｒ１とともにインダクタンス成分Ｌ１を持つために、スピーカ装置の入力インピーダンスＺinは、共振周波数ｆ０以上では、
Ｚin＝Ｒ１＋ｊ・２・π・ｆ・Ｌ１    …（式４）
と表すことができる。
【０００９】
この（式４）からは、周波数ｆの増加とともに、入力インピーダンスＺinが大きくなることが分かる。このことから、周波数が高くなるとボイスコイル６を流れる電流Ｉが減少し、図５の構成のスピーカ装置では、駆動力Ｆが減少することになる。このため、図５の構成のスピーカ装置は、可聴周波数帯域以上である２０ｋＨｚ以上の音響成分の再生には不適であった。
【００１０】
この発明は、以上の点にかんがみ、周波数が２０ｋＨｚ以上の音響成分を、良好に再生可能なスピーカ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明によるスピーカ装置は、
磁気回路中の空隙の近傍に設けられ、入力音声信号に応じた電流が供給される１次コイルと、
前記空隙内に配されて、前記１次コイルに流れる電流に応じた電流が誘起される２次コイルと、
前記２次コイルに誘起される電流と前記空隙内の磁束との相互作用により前記２次コイルが振動することにより振動する振動板と、
を備え、
前記１次コイルの直流抵抗値をＲ１、インダクタンスをＬ１、巻き数をＮとし、前記２次コイルの直流抵抗値をＲ２とするとともに、前記１次コイルと前記２次コイルの結合係数ｋとしたとき、それらの定数の関係が、前記（式１）を満足するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
この請求項１の発明によれば、音響振動板の駆動方法として、電磁誘導方式が用いられ、前記（式１）を満足するように、前記各定数の関係が定められることにより、入力インピーダンスのインダクタンス成分は低下し、高い周波数域まで所定の電流を流すことが可能となり、２０ｋＨｚ以上の高周波数帯域においても所定の駆動力を得ることができる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１のスピーカ装置において、
再生希望帯域の高域側の周波数ｆにおいて、前記各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２，ｋが、前記（式２）を満足することを特徴とする。
【００１４】
この請求項２の発明においては、前記（式２）を満足するように各定数が定められることにより、再生希望周波数ｆにおける誘導電流の大きさが、最大電流の−１０ｄＢ以内にすることができ、２０ｋＨｚ以上の高周波数帯域においても所定の必要な駆動力を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明によるスピーカ装置の実施の形態について、図を参照しながら説明する。この発明においては、音響振動板の駆動方式として電磁誘導方式を用いる。
【００１６】
図１は、この実施の形態の電磁誘導方式のスピーカ装置の構造を示すものである。この例のスピーカ装置においても、磁気回路は、図５の例のスピーカ装置と同様に構成され、円柱状のポールピース１２ａと円板状のフランジ部１２ｂとを備える第１のヨーク１２と、第２のヨークを構成するドーナツ形状のプレート１３と、第１のヨーク１２のフランジ部１２ｂとプレート１３との間に配されるドーナツ形状のマグネット１１と、プレート１３とポールピース１２ａとの間の空隙１４により磁気回路が構成される。
【００１７】
そして、空隙１４を挟んで互いに対向するポールピース１２ａの外周面部と、プレート１３の内周面部との、どちらか一方あるいは双方に、励磁用１次コイルとしての駆動コイルを配する。この実施例では、ポールピース１２ａの外周面部に励磁用１次コイル１５を配する。この１次コイル１５を配するため、ポールピース１２ａの頂部近傍に、１次コイル１５の巻幅分の長さの小径部を設けるようにしても良い。
【００１８】
１次コイル１５から導出された信号入力線（リード線）１６は、第１の磁気ヨーク１２のフランジ部１２ｂに設けられた貫通孔１７を通って、フランジ部１２ｂの裏側にまで延長される。
【００１９】
そして、この実施の形態においては、空隙１４の中に、１次コイル１５と電磁結合するショートコイルからなる２次コイル１８が挿入される。この例の場合、２次コイル１８は、非磁性で、かつ導電性の材料、例えばアルミニウムの筒状リングにより、１ターンのショートコイルとして構成される。そして、この２次コイル１８を構成するアルミニウムからなる導電性１ターンリングは、ボビン１９に接着固定される。ボビン１９は、非磁性、かつ非導電性の材料、例えば厚紙により構成される。
【００２０】
２次コイル１８の幅（１ターンリングの高さに相当）は、空隙１４の振動方向の長さよりも、この２次コイル１８の振動の振幅分だけ長くしただけの長さとして、必要最小限の長さにされる。
【００２１】
そして、ボビン１９には、音響振動板２０、例えばコーン紙が取り付けられる。音響振動板２０は、可撓性のエッジ（図示せず）を介して、スピーカフレーム２１に取り付けられている。
【００２２】
以上のような構成の電磁誘導方式のスピーカ装置において、励磁用１次コイル１５に信号電流を流すと、この１次コイルに対向して配置された２次コイル１８の１ターンリングに誘導電流が流れる。この２次コイル１８に流れる誘導電流Ｉと、空隙１４中の磁束密度Ｂとから、２次コイル１８をそのリングの高さ方向に駆動する駆動力Ｆが生じ、これにより、音響振動板２０が信号電流に応じて振動する。
【００２３】
この場合に、２次コイル１８としての１ターンリングの長さ（リングの円周の長さ）をＬとすると、駆動力Ｆは、
Ｆ＝Ｂ×Ｉ×Ｌ    …（式５）
と表される。
【００２４】
そして、この実施の形態では、１次コイル１５の、直流抵抗値をＲ１、インダクタンスをＬ１、巻き数をＮとし、２次コイル１８の直流抵抗値をＲ２とし、また、１次コイル１５と２次コイル１８の結合係数をｋとすると、以下の（式６）の関係を満足するように、各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｒ２，ｋが選定される。
【００２５】
Ｎ×（Ｒ１×Ｒ２）1/2 ／（２π×Ｌ１×（１−ｋ2 ）1/2 ）≧２００００……（式６）
また、次の（式７）を満足するように、各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｒ２，ｋが選定される。
【００２６】
0003835649.tif 000002
このように各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｒ２，ｋを選定したことにより、２０ｋＨｚ以上の高周波数帯域においても、一定の電流を流すことが可能となり、必要な駆動力を得ることが可能となる。特に、式７を満足するように、各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｒ２，ｋを設定することにより、希望する高周波数における誘導電流の減少値を最大誘導電流の値に対して、１０ｄＢ以内に抑えることができる。以下、このことについて、さらに説明する。
【００２７】
上述した電磁誘導方式のスピーカ装置の電磁誘導部の電気的等価回路は、図２に示すように表すことができる。この図２において、前述したように、Ｒ１，Ｌ１は、それぞれ励磁用１次コイル１５の直流抵抗値、インダクタンスであり、また、Ｒ２，Ｌ２は、それぞれ２次コイル１８の直流抵抗値、インダクタンスである。そして、Ｍは相互誘導インダクタンス、Ｚinはスピーカ装置の入力インピーダンスである。
【００２８】
この図２の等価回路から、スピーカ装置の入力インピーダンスＺinを求めると、
Ｚin＝（Ｒ１＋Ａ2 ×Ｒ２）＋ｊω（Ｌ１−Ａ2 ×Ｌ２）    ……（式８）
ただし、
Ａ2 ＝ω2 ×Ｍ2 ／（ω2 ×Ｌ２2 ＋Ｒ２2 ）
Ｍ2 ＝ｋ2 ×Ｌ１×Ｌ２
となる。なお、ωは角周波数である。
【００２９】
周波数ｆが高い場合を考えると、
Ａ2 ＝Ｍ2 ／Ｌ２2 ＝ｋ2 ×Ｌ１／Ｌ２
となるので、前記（式８）は、
Ｚin＝（Ｒ１＋ｋ2 ×Ｒ２×Ｌ１／Ｌ２）＋ｊωＬ１（１−ｋ2 ）…（式９）
と表される。
【００３０】
また、励磁用１次コイル１５のみの場合の入力インピーダンスＺinは、
Ｚin＝Ｒ１＋ｊωＬ１                  …（式１０）
となる。
【００３１】
上記（式９）と、（式１０）とを比較すると、高周波数域においては、２次コイル１８を取り付けることにより、インダクタンス成分が結合係数ｋによって低下することが分かる。特に、結合係数ｋがｋ＝１では、高周波数域ではインダクタンス成分が非常に小さくなり、入力インピーダンスが周波数に対して一定となることが分かる。
【００３２】
このように、励磁用１次コイル１５のインダクタンス成分を小さくしなくても、入力インピーダンスＺinのインダクタンス成分が小さくなることから、２０ｋＨｚ以上の高周波数域において、一定の電流を流すことが可能であり、一定の駆動力を得ることが可能となる。
【００３３】
今、この電磁誘導方式のスピーカ装置を定電圧駆動した場合、駆動力として働く２次コイル１８としての１ターンリングに流れる誘導電流の周波数特性は次のようになる。
【００３４】
すなわち、駆動電圧をＶ１、２次コイル１８の誘導電流をＩ２とすると、駆動電圧Ｖ１に対する誘導電流Ｉ２の周波数特性は、
0003835649.tif 000003
と表すことができる。
【００３５】
（式１１）から、誘導電流Ｉ２が最大になる周波数ｆ０は、
ｆ０＝Ｎ×（Ｒ１×Ｒ２）1/2 ／｛２π×Ｌ１×（１−ｋ2 ）1/2 ｝……（式１２）
となる。前記（式６）を満足することは、
ｆ０≧２００００
となり、２０ｋＨｚ以上の高周波数域において、誘導電流を最大にすることができることを意味している。
【００３６】
そして、前記（式７）を満足することにより、２０ｋＨｚ以上の高周波数域の希望の周波数ｆにおける誘導電流の減少値を、最大電流の値に対して１０ｄＢ以内にすることができる。
【００３７】
［実施例］
上述のような構成のスピーカ装置の励磁用１次コイル１５および２次コイル１８の具体的な実施例について、説明する。
【００３８】
この実施例では、励磁用１次コイル１５および２次コイル１８としての１ターンリングの寸法および特性は、以下の通りとした。
【００３９】
励磁用１次コイル１５は、
直径：１３ｍｍ、巻き幅：２．６ｍｍ、巻き層数：２、総巻き数（Ｎ）：３３、直流抵抗（Ｒ１）：３．２２Ω、インダクタンス（Ｌ１）：３４．５μＨ
とした。
【００４０】
２次コイル１８（１ターンリング）は、
直径（内径）：１３．３６ｍｍ、幅：３．０ｍｍ、厚さ：０．２ｍｍ、材質：アルミニウム、直流抵抗（Ｒ２）：０．００２０７Ω、インダクタンス（Ｌ２）：０．０３２μＨ
とした。
【００４１】
この場合、インダクタンスＬ２は、ほぼＬ１／Ｎ2 に等しい値になる。
【００４２】
この実施例のスピーカ装置の入力インピーダンスの周波数特性の測定結果例を図３に示す。この図３において、「・」印のポイントは、２次コイル１８が無い場合の入力インピーダンスの周波数特性の測定例を示している。また、「＋」印のポイントは、２次コイル１８を取り付けた場合の入力インピーダンスの周波数特性の測定例を示している。
【００４３】
この測定値から分かるように、電磁誘導型スピーカ装置の入力インピーダンスのインダクタンス成分は顕著に小さくなるものである。上記の各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２の値を、前記（式６）（（式１）と同じ）の左辺に代入すると、その値は、２２９０７となり、（式６）を満足する。なお、結合係数ｋの値は、測定結果から、ｋ＝０．８４である。
【００４４】
そして、これらの各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２，ｋの値を、前記（式２）の左辺に代入すると、その値は、０．６７となり、（式７）（（式２）と同じ）の関係も満足するものとなる。
【００４５】
次に、前記各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２の値と、前記（式１２）から、誘導電流の相対値の周波数特性を計算した例を図４に示す。前述したように、結合係数ｋ＝０．８４であるこの実施例では、１００ｋＨｚにおける誘導電流の減少は２０ｋＨｚでの値に対して３．５ｄＢの減少になる。
【００４６】
他の例として、結合係数ｋ＝１．０にすると、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまで一定の駆動電流（誘導電流）を２次コイルに流すことが可能になる。また、結合係数ｋ＝０．７４の場合には、１００ｋＨｚにおける誘導電流の減少は２０ｋＨｚでの値に対して６ｄＢの減少になる。
【００４７】
以上のようにして、各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２，ｋの値を、（式６）（（式１）と同じ）、（式７）（（式２）と同じ）を満足するように、それぞれ設定することにより、２０ｋＨｚ以上の、希望する高周波数まで誘導電流の減少を１０ｄＢ以内にすることが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、２０ｋＨｚ以上の高周波数域においても、駆動電流（誘導電流）の減少が非常に小さい、したがって、駆動力低下が非常に小さいスピーカ装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるスピーカ装置の実施の形態の構造例を示す図である。
【図２】実施の形態のスピーカ装置の電磁誘導部の電気的等価回路図である。
【図３】実施の形態のスピーカ装置の入力インピーダンスの測定例を示す図である。
【図４】実施の形態のスピーカ装置の誘導電流の周波数特性を示す図である。
【図５】従来のダイナミック型スピーカ装置の構造例を示す図である。
【符号の説明】
１１…マグネット、１２…第１のヨーク、１２ａ…ポールピース、１３…プレート、１４…空隙、１５…励磁用１次コイル、１６…リード線、１８…２次コイル、１９…ボビン、２０…音響振動板、２１…スピーカフレーム
【図１】
0003835649.tif 000005
【図２】
0003835649.tif 000006
【図３】
0003835649.tif 000007
【図４】
0003835649.tif 000008
【図５】
0003835649.tif 000009