JPH01272297A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、共鳴開口を有するキャビネットに配設され
た振動器を駆動する駆動装置に関する。

［従来の技術］ 従来、共鳴開口（共鳴ボート）を有するキャビネットに
振動器を配設してなる音響装置として、位相反転形（バ
スレフ形）スピーカシステムが知られている。第２１図
（ａ）（ｂ）は、このようなバスレフ形スピーカシステ
ムの構成の一例を示す斜視図および断面図である。同図
のスピーカシステムは、キャビネット１の前面に穴を開
けて振動板２および動電形電気音響変換器３からなる振
動器（スピーカユニット）４を取り付け、また、その下
方に開口６および音道７を有する共鳴ボート８を設けた
ものである。キャビネット１と共鳴ボート８とはへルム
ホルツ形共鳴器を構成している。

このようなスピーカシステムのスピーカユニット４を駆
動するための駆動装置としては、一般に、出力インピー
タンスが実質的にＯのパワーアンプが用いられていた。

第２２図は、第２１図（ａ）（ｂ）のバスレフ形スピー
カシステムを、出力インピータンスが０のパワーアンプ
により、いわゆる定電圧駆動した場合の電気等価回路を
示す。同図において、Ｅｖはパワーアンプである定電圧
源の出力重圧、Ｒｖはスピーカユニット４のボイスコイ
ル抵抗、Ｌ。

とＣ８はスピーカユニット４のボイスコイルが動くこと
によって発生する勅インピーダンスの等価容量（または
等価質量）と等価インダクタンス（または等価スティフ
ネスの逆数）、Ｌｃはキャビネット１の等価インダクタ
ンス（または等価スティフネスの逆数）、モしてＣ，は
ボート８の等価容量（または等価質量）を示している。

第２３図は、第２２図の回路の電気インピーダンス周波
数特性を示す。同図において、ｆｌは実質的にスピーカ
ユニット４の勤インピーダンスＬＯ、ｃｏとキャビネッ
ト１の等価スティフネス１／ｂｃとで形成される第１の
共振系（以下、ユニット側共振系という）の共振周波数
（第１の共振周波数）、ｆ２はボート８の等価質量ＣＰ
とキャビネット１の等価スティフネス１／Ｌ、とで形成
される第２の共振系（以下、共鳴側共振系という）の共
振周波数（第１の共振周波数）、モしてｆ３は音圧には
ならないが、実質的にスピーカユニット４の勤インピー
ダンスＬ。、Ｃｏとボート８の等価質量ＣＰとで形成さ
れる第３の共振系の共振周波数である。

これらの共振周波数の中で、共振周波数ｆ、およびｆ２
は、音圧に直接影響し、共振周波数ｆ１におけるユニッ
ト側共振系のＱ値Ｑ１および共振周波数ｆ２における共
鳴側共振系のＱ値Ｑ２は出力音圧の周波数特性および音
質に大きく影グする。

ところで、このようなバスレフ形スピーカシステムは、
定電圧駆動する場合、例えば共鳴側の共振周波数ｆ２を
下げると、ユニット側のＱ値Ｑ＋が上がって共鳴側のＱ
値Ｑ２が下がるというように共振周波数やＱ値が相互に
依存するため、出力音圧の周波数特性を平坦にするため
に、例えばユニット側のＱ値Ｑ１をＱｌ　＝、ｆ’ｒ、
共鳴側の共振周波数ｆ２をｆ２＝ｆ、１５に設定する等
、ユニット側と共鳴側とを高度にマツチングさせる必要
があり、設計上の制約が多いという不都合があった。

また、キャビネットを小形化すると、キャビネットの等
価スティフネス１／Ｌｃが大きくなって、等価インダク
タンスＬＣが小さくなり、この結果、前記Ｑ１が大きく
、Ｑ、が小さくなる。このため、従来の定電圧駆動方式
のままでは、バスレフ形スピーカシステムとして正常な
動作が困難となり、出力音圧の周波数特性および音質を
犠牲にすることなく、バスレフ形スピーカシステムのキ
ャビネットを小形化することは困難であった。

第２４図は、本出願人が先に出願した特願昭６２−３３
４２６２号において示した負性インピーダンス発生回路
を示す。第２２図の等価回路における駆動装置としてこ
のような負性インピーダンス発生回路を用い、出力イン
ピーダンス中に負性抵抗−Ｒｏを含ませれば、前記ボイ
スコイル抵抗ＲＶが低減または無効化され、出力インピ
ーダンスＯのパワーアンプで定電圧駆動する場合よりも
前記Ｑ、を小さく、かつＱ２を大きくすることができ、
バスレフ形スピーカシステムの小形化に効果がある。

しかし、この場合にも、負性抵抗−Ｒ８が一定であると
、Ｑｌ　、Ｑ２を独立して設定することができないため
、Ｑｌ、Ｑ２それぞれを所望の値に設定するにはスピー
カユニットやキャビネットにある程度の制約は残るとい
う不都合がある。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、井目
１開口を有するキャビネットに振動器を配設してなる音
響装置の該振動器を駆動する駆動装置において、振動器
とキャビネットのスティフネスとによる第１の共振周波
数およびキャビネットのスティフネスと共鳴開口とによ
る第２の共振周波数におけるそれぞれのＱ値を独立に設
定でき、もって前記音響装置の小形化および制動力の改
善を図る等、前記音響装置およびこの発明の駆動装置を
含むシステムとしての性能向上を図ることを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 上述した課題を解決するため、この発明では、共鳴開口
を有するキャビネットに振動器を配設してなる音響装置
の該振動器を駆動する駆動装置において、振動器とキャ
ビネットのスティフネスとによる第１の共振周波数およ
びキャビネットのスティフネスと共鳴開口とによる第２
の共振周波数におけるそれぞれの出力インピーダンスが
、少なくとも一方が負性インピーダンスとなり、かつ互
いに異なる出力インピーダンス値となるように構成した
ことを特徴としている。

［作用］ 駆動装置の出力インピーダンスが負性インピーダンス−
Ｚｏであり、かつ振動器に固有のインピーダンスＺＶ　
　（例えば第２２図のＲＶ）を完全に無効化するもので
ある場合、すなわちｚｖ−Ｚ。

＝０（第２２図においてＲｖ　−Ｒｏ　＝　Ｏ）である
場合、第２２図の等価回路について説明すると、スピー
カユニットの等価インダクタンスＬ０と等価容量Ｃ８と
からなるユニット側の並列共振回路（ユニット側共振系
）は、駆動装置である定電圧＃ｉ　Ｅ　Ｖを介して短絡
されるため、Ｑ、が０となり、実質的には共振しなくな
る。換言すればこのユニット側共振回路は駆動装置Ｅν
から完全に制動された状態で駆動されることになる。ま
た、キャビネットの等価スティフネス１／Ｌｃと共鳴開
口の等価貿量Ｃ，とからなる共鳴側の直列共振回路（共
鳴側共振系）も駆動装置Ｅｖを介して短絡されるが、こ
ちらは直列共振回路であるため、キャビネットおよび共
鳴開口の音響的な等価抵抗を無視すれば、計算上のＱｌ
は■となる。また、この場合、ユニット側共振回路と共
鳴側共振回路とは駆動装置ＥＶからはそれぞれ独立して
駆動されることになり、前記したユニット側共振回路と
共鳴側共振回路との間の相互依存がなくなるため、共振
周波数ｆ、、ｆ２およびＱ値Ｑｌ、Ｑｌをそれぞれ独立
に設定することができる。なお、Ｒｖ−ＲＯ＞Ｏの場合
、またはキャビネットおよび共鳴開口の音響的な等価抵
抗を無視し得ない場合、前記Ｑ＋　、Ｑｌは前記０およ
び（１）と前記駆動装置の出力インピーダンスが０であ
る従来の一般的な駆動方式による場合のＱ値との間の値
となる。さらに、駆動装置の出力インピーダンスが正の
値である場合には、出力インピーダンスの値の上昇とと
もに、Ｑｌは上がり、Ｑｌは下がる。

ここで、小形のキャビネットを用いながらキャビネット
とボート（共鳴開口）との共振周波数を低く設定したバ
スレフ形スピーカシステムを考えると、これはｉ準的な
設計のバスレフ形スピーカシステムに比べて大きなＱｌ
　と小さなＱｌとを有する。そして、これを負性抵抗−
Ｒｏ（Ｒｖ−Ｒ０≧０）で駆動すると、上述のように負
性抵抗−Ｒ８の絶対値が大きい程、Ｑｌは小さく、Ｑ、
は大きくなる。第１図は、このような負性抵抗−Ｒｏと
Ｑｌ　、Ｑｌとの関係を示す。

同図において、Ｒｏ”Ｏのときが、従来の一般的な定電
圧駆動状態である。ここで、−Ｒｏを０より小さくし、
−Ｒｖに近づけていくと、Ｑｌは０に向ってほぼ直線的
に低下し、Ｑｌは逆に上昇していくが、■とはならず、
キャビネットやボートの音響抵抗で決まる値に近づいて
いく。

したがって、あるーＲ０において、ＱｌおよびＱｌが所
望の値となる場合もあるが、第１図に示すように、所望
のＱｌ　　（＝Ａ）が得られる一Ｒ６の値（−Ｒ８＝−
ＲＡ）と所望のＱｌ　　（＝Ｂ）が得られるーＲ８の値
（−Ｒｏ　＝　−Ｒａ　）とが異なる場合も多い。

この発明によれば、このような場合には、周波数ｆ１に
おける駆動インピーダンス−Ｚ。（＝２＋）を−ＲＡに
、周波数ｆ２における駆動インピーダンス−Ｚｏ　　（
＝２２）を−ＲＢに設定することによって、所望のＱｌ
、Ｑｌを得ることかできる。

また、キャビネットの設計によっては、Ｑ。

とＱ２とがともに大きくなフてしまい、双方のＱ値を低
下させたい場合がある。このような場合には、この発明
に従って、第２図に示すように、周波数ｆ１における駆
動インピーダンスＺＩを負（−ＲＡ）に、周波数ｆ２に
おける駆動インピーダンスＺ２を正（ＲＢ）に設定すれ
ばよい。さらに、これとは逆にＱｌ、Ｑ２をともに大き
な値としたい場合には、この発明に従って、周波数ｆ。

における駆動インピーダンスＺ１を正（ＲＡ　）に、周
波数ｆ２における駆動インピーダンスＺ２を負（−Ｒａ
）に設定すればよい。

なお、もう１つの共振点ｆ、に対しては、出力音圧に関
係しないため、特に制限はされないが、無駄な動作を抑
えるため、この周波数ｆ３におけるインピーダンスＺ３
をＺｓく０とするのが望ましい。

［効果］ 以上のように、この発明によれば、共鳴開口を有するキ
ャビネットに振動器を配設してなる音響装置の該振動器
を駆動する際の、実質的に振動器とキャビネットとによ
り定まる第１の共振周波数ｆ＋およびキャビネットと前
記共鳴開口とにより定まる第２の共振周波数ｆ２のそれ
ぞれにおける駆動インピーダンス（駆動装置の出力イン
ピーダンス）ＺｌおよびＺ、を、双方とも負の値で、か
つＺｌ　≠２２とするか、ｚｌおよびｚ２の一方を正ま
たは０とし、他方を負とすることで、Ｑｌ。

Ｑ２を独立して設定することができる。これにより、共
鳴開口を有する音響装置、例えばスピーカシステムを通
常のバスレフ形の制約にとられれずに設計することが可
能になる。例えば、音圧および音質を犠牲にすることな
く前記キャビネットを小さくしてシステムを小形化する
ことが可能となる。また、各共振周波数ｆ、、ｆ２にお
いて適切なＱ値が得られるため、出力インピーダンスが
負性（−Ｚ。）で一定のものよりもさらに設計上の自由
度が向上し、条件によっては−２０一定のものより性能
向上が期待できる。さらに、第１の共振周波数ｆ、にお
ける駆動インピーダンスＺ１を負の値としてＱｌを下げ
ることによりユニット側を制動した状態で駆動すること
ができる。

［実施例コ 以下、この発明の実施例を図面に基づき説明する。

第３図は、この発明の一実施例に係る駆動装置の基本的
回路構成を示す。同図の駆動装置においては、利得Ａの
増幅回路３１の出力をスピーカ３２による負荷ｚＬに与
える。そして、この負荷ＺＬに流れる電流ＩＬを検出し
、伝達利得βの帰還回路３３を介して増幅回路３１に正
帰還する。

このようにすれば、駆動装置の出力インピーダンスｚ０
は、電流■、を検出するセンサのインピーダンスを２３
とすると、Ｚｏ　＝Ｚｓ　　（１−Ａβ）として求めら
れる。この式からＡβ〉１とすればＺｏは開放安定形の
負性インピーダンスとなる。

ここで、Ａ、βまたはＺｓに周波数特性を持たせれば出
力インピーダンスＺｏに周波数特性を持たせることがで
きる。

第４図は、周波数ｆ１とｆ２のそれぞれにおける出力イ
ンピーダンスＺ１およびＺ２がいずれも負性インピーダ
ンスで、かつ相互に近い値でよい場合の回路例を示す。

同図の回路は、電流■５を検出するセンサとして電流検
出抵抗Ｒ３を用いるとともに、負帰還回路３３としてコ
ンデンサＣ１と抵抗Ｒ＋　、Ｒ２とからなり周波数特性
を有する（所要帯域内の周波数特性が平坦でない）ＣＲ
回路３３ａおよび周波数特性を有しない（所要帯域内の
周波数特性が平坦な）増幅器３３ｂを用いて負帰還回路
３３の伝達利得βに周波数特性を持たせたものである。

なお、この回路は、前記ＣＲ回路３３ａを前記電流検出
センサＺＳに含めればセンサＺｇに周波数特性を持たせ
ものと考えることもできる。第５図は、第４図の回路の
周波数特性を示す。第５図において、 Ｚ２　＝Ｒｓ　　（１−Ａβ０） である。また、出力インピーダンス曲線をナイキスト法
に従フて折線近似したときの出力インピーダンスがＺ、
からＺｌへ向けて立ち下る折点Ｐの周波数ｆＰは、はぼ
１／２πＣｌＲ２である。

第６図は、Ｚ　１＜　２２　＜　Ｏの場合の回路例を示
し、第７図は第６図の回路の周波数特性を示す。

第６図において、 Ｚ＋＝Ｒｉ（１−Ａβ。） であり、折点周波数ｆＰはほぼ１／２πＣ，Ｊである。

第８図は、２．＜２２で、Ｚｌに対してＺｌを大きく変
化させる場合の回路例を示す。同図の回路においては、
デイツプ周波数をｆ２に設定されたツインＴ回路３５に
より、周波数ｆ２にデイツプを持った信号が増幅回路３
１に帰還される。このため、出力インピーダンスは、第
９図に示すように、周波数ｆ２付近の出力インピーダン
スのみ高くすることができる。この第８図の回路におい
て、周波数ｆ＋、ｆ３における出力インピーダンス２．
．２３は、 Ｚｌ　＝１３＝Ｒｓ　　（１−Ａｒ１）となり、β０を
選択することで任意の値とすることができる。さらに、
第８図の回路中の可変抵抗器ＶＲ，により、第９図の曲
線の形を第１０図に示すように可変することができ、可
変抵抗器ＶＲ，により第１１図に示すように可変するこ
とができる。

なお、第８図の回路において、ツインＴ回路３５のデイ
ツプ周波数をｆｌに設定すれば、第１２図に示すように
、Ｚｌ　＞２２　、Ｚａにすることができる。

周波数ｆ、の共振は、音圧には関係しない共振であるが
、これらの第４図、第６図および第８図の回路において
は、この周波数ｆ、における出力インピーダンスＺ３を
負性インピーダンスとしてこの周波数ｆ３におけるＱ値
Ｑ、を下げ、スピーカ３２が無駄な動きをしないように
、充分に制動している。

第１３図は、第８図の回路に対し、ツインＴ回路３５の
代わりにＬＣ共振回路３６を用いたものである。このよ
うにＬＣ共振回路３６を用いることによっても第８図の
回路と同様の動作が可能である。

第１４図は、帰還系に直列にＬＣ共振回路３７を接続し
たものである。同図の回路においては、このＬＣ共振回
路３７の共振周波数 で帰還量（伝達利得β）が最大となるため、第１５図に
示すように、その周波数ｆでの出力インピーダンスを最
小にすることができる。

よって、この周波数ｆをｆｌまたはｆ２に設定すること
で、第１６図または第１７図に示すように、出力インピ
ーダンスＺＩと２２とを大幅に異ならせることができる
。

第１８図は、第１５図の回路に対して、周波数ｆ３で共
振する第２のＬＣ共振回路３８を付加したもので、第１
９図に示すように、周波数ｆ３における出力インピーダ
ンスを下げることにより、Ｑ値Ｑ３を下げている。この
ようにすれば、スピーカ３２の無駄な動きを防止するの
に効果的である。第１９図において、 である。

以上の実施例においては、出力インピーダンスＺｏは、
Ｚｏ　＝　Ｒｓ　　（Ｉ　　Ａβ）であり、β≧０では
Ｚｏの最大の値はＲｓであるが、帰還回路３３を正帰還
と負帰還との両方に用いることにより、２．．２．の一
方を負の値としながら、もう一方をＲ８以上の正の値と
することができる。

第２０図は、伝達利得βが β＝βｏ　　（Ｆ　（Ｘ）　−Ｆ　（Ｙ）　）であり、
正と負の両方の成分を持つ回路の例を示す。

同図に示すように、帰還回路３３に、ある伝達特性Ｆ　
（Ｘ）および−Ｆ　（Ｙ）を持たせると、Ｆ　（Ｘ）の
利得がＦ　（Ｙ）を上回る帯域ではβ〉Ｏとなり、ＺＯ
＝Ｒ８（１−Ａβ）であるから、出力インピーダンスは
、Ｒ３以下となり、Ａβ〉１において負性インピーダン
スが実現できるし、逆に、Ｆ　（Ｙ）の利得がＦ　（Ｘ
）を上回る帯域ではβくＯとなるから、出力インピーダ
ンスは、ＦｔＳ以上の正のインピーダンスとなる。

このように、バスレフ形の構造を有するスピーカシステ
ムを、その音圧に関係する共振点ｆ１゜ｆ２の少なくと
も一方は負のインピーダンスで駆動し、かつ各共振点ｆ
ｌ、ｆ２における出力インピーダンス値Ｚｌ、Ｚ２をＺ
１≠Ｚ２とすることで、各共振点ｆ＋、ｆ＊におけるＱ
値Ｑ１．Ｑ２を独立して設定することができ、制動力、
性能および音質を改善することができる。

［実施例の変形例］ なお、上述の実施例においては、電流検出用のセンサと
して抵抗Ｒ３を用いた例を示したが、このセンサとして
はカレントトランス（Ｃ，Ｔ、）やホール素子等の電流
プローブを用いてもよい。

また、このセンサとしてコンデンサやインダクタンスの
ようなリアクタンス素子を用いてもよく、この場合セン
サ自身に周波数特性を持たせることができる。さらに、
これらのセンサの出力を微分または積分することにより
、周波数特性を持たせたり、平坦にすることができる。

例えば電流Ｉしを抵抗Ｒｓの端子電圧により検出し、帰
還回路３３においてこれを微分または積分すれば伝達利
得βに周波数特性を持たせることができ、電流ＩＬをコ
ンデンサの端子電圧により検出し、帰還回路３３におい
てこれを微分すれば伝達利得βの周波数特性は平坦にな
る。

また、帰還回路３３に周波数特性を持たせるためには、
帰還用増幅器（例えば第４図の３３ｂ）自体、内部で電
流または電圧帰還することによって周波数特性を持たせ
るようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明の基本概念を説明する
ための出力インピーダンスとＱ値の関係を示す特性図、 第３図は、この発明の一実施例に係る音響装置の基本構
成の説明図、 第４図は、この発明の第１の実施例を示す回路図、 第５図は、第４図の回路の出力インピーダンスの周波数
特性図、 第６図は、この発明の第２の実施例を示す回路図、 第７図は、第６図の回路の出力インピーダンスの周波数
特性図、 第８図は、この発明の第３の実施例を示す回路図、 第９〜１２図は、それぞれ第８図の回路における各定数
の設定に応じた出力インピーダンスの周波数特性図、 第１３図は、第８図の回路と同様に動作するこの発明の
第４の実施例を示す回路図、 第１４図は、この発明の第５の実施例を示す回路図、 第１５〜１７図は、第１４図の回路における各定数の設
定に応じた出力インピーダンスの周波数特性図、 第１８図は、この発明の第６の実施例を示す回路図、 第１９図は、第１８図の回路の出力インピーダンスの周
波数特性図、 第２０図は、この発明の第７の実施例を示す回路図、 第２１図（ａ）（ｂ）は、従来のバスレフ形スピーカシ
ステムの構成を示す断面図、 第２２図は、第２１図のバスレフ形スピーカシステムを
定電圧駆動する場合の電気等価回路図、第２３図は、第
２２図の等価回路の電気インピーダンス周波数特性図、
そして 第２４図は、先願に係る負性インピーダンス発生回路の
基本構成図である。 １：キャビネット ４；振動器（スピーカユニット） ８；共鳴ボート（共鳴開口） ３１：増幅回路 ３２：スピーカ ３３：帰還回路 ｆ、：第１の共振周波数 ｆ２　；第２の共振周波数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）共鳴開口を有するキャビネットに配設されて音響
   を直接放射するとともに前記共鳴開口とキャビネットと
   により構成されるヘルムホルツ形共鳴器を駆動して前記
   共鳴開口より共鳴音響を放射させる振動器を駆動する駆
   動装置において、この駆動装置は、実質的に前記振動器
   の動インピーダンスと前記キャビネットの等価スティフ
   ネスとで定まる第１の共振周波数および前記ヘルムホル
   ツ形共鳴器の共鳴周波数である第２の共振周波数におけ
   るそれぞれのインピーダンスが、少なくとも一方が負性
   インピーダンスであり、かつ互いに異なる出力インピー
   ダンス値に構成されていることを特徴とする駆動装置。