JPH1051883A - スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁結合型のスピーカをデジタル信号により
定電流駆動するスピーカ装置において、スイッチ回路の
数を削減する。 【解決手段】 電磁結合型のスピーカにおいて、その１
次コイルを15個のコイル１Ａ〜１Ｐにより構成する。定
電流回路４２Ａ〜４２Ｐを、定電流を吐き出すモード
と、吸い込むモードとを有する構成とする。１次コイル
１Ａ〜１Ｐと、定電流回路４２Ａ〜４２Ｐと、スイッチ
回路４３Ａ〜４３Ｐとを、１組ずつ直列接続する。定電
流回路４２Ａ〜４２Ｐのモードを、デジタルオーディオ
信号のＭＳＢにより同時に切り換え制御する。スイッチ
回路４３Ａ〜４３Ｐを、デジタルオーディオ信号のう
ち、これがＤ／Ａ変換されたときのアナログオーディオ
信号のレベルを決定するビットによりそれぞれオン・オ
フ制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、デジタル駆動方
式のスピーカ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スピーカ装置は一般にアナログオーディ
オ信号により駆動するが、デジタルオーディオ信号によ
り直接駆動できるようにしたスピーカ装置が考えられて
いる。

【０００３】図２は、そのようなデジタル駆動方式のス
ピーカ装置に使用されるスピーカユニット１０の一例を
示す。このスピーカユニット１０は電磁結合型に構成さ
れているもので、この例においては、ポールピース１１
のセンターポール部１２の先端部の周囲に、凹部あるい
は溝１３が形成され、この溝１３に、後述する１次コイ
ル１が取り付けられている。

【０００４】この場合、１次コイル１は、空芯コイルと
して巻回されて溝１３に接着されることにより取り付け
られ、あるいは、溝１３に直接巻回されることにより取
り付けられ、あるいは、図示しないが、磁性材料からな
るボビンに巻回されるとともに、そのボビンが溝１３に
嵌め込まれて接着されることにより、取り付けられてい
る。

【０００５】さらに、ポールピース１１のフランジ部１
４には、センターポール部１２と連続して近接する位置
において、透孔あるいは開口１５が形成され、フランジ
部１４の後面には、端子板１６が取り付けられる。そし
て、１次コイル１のリード線１７が、センターポール部
１２の周面に接着されるとともに、開口１５に挿入さ
れ、端子板１６の端子１８にハンダ付けなどにより接続
される。

【０００６】また、ポールピース１１のフランジ部１４
の前面には、永久磁石２１が接着され、この永久磁石２
１の前面に、プレート２２が接着されて、センターポー
ル部１２の先端部の外周面とプレート２２の内周面との
間に空隙２３を有する磁気回路２０が形成される。

【０００７】そして、空隙２３には、２次コイル２が配
される。この２次コイル２は、この例では、非磁性の導
電材料、例えばアルミニウムからなるパイプないし円筒
体とされ、１ターンのコイルとされている。

【０００８】さらに、２次コイル２には、コーン３２の
内周部と、防塵キャップ３３と、ダンパー３４の内周部
とが取り付けられ、プレート２２には、スピーカフレー
ム３５が取り付けられている。そして、コーン３２の外
周部にエッジ３１が取り付けられるとともに、このエッ
ジ３１と、ガスケット３６とがスピーカフレーム３５に
取り付けられ、ダンパー３４の外周部がスピーカフレー
ム３５に取り付けられている。

【０００９】そして、デジタルオーディオ信号が、ＣＤ
やＤＡＴなどにおいて使用されているフォーマットであ
るすれば、すなわち、量子化ビット数が16ビットで、
２’ｓコンプリメント形式であるとすれば、図４に示す
ように、そのＭＳＢはサインビットであり、このデジタ
ルオーディオ信号がＤ／Ａ変換されたときのアナログオ
ーディオ信号の極性を示し、ＬＳＢ〜２ＳＢが、そのア
ナログオーディオ信号のレベルを示している。

【００１０】そこで、上述の１次コイル１は、デジタル
オーディオ信号に対応して、例えば、15個のコイル１Ａ
〜１Ｎ、１Ｐから構成される。そして、コイル１Ａ〜１
Ｐの巻き数は、デジタルオーディオ信号の各ビットの重
みに対応した値とされている。

【００１１】すなわち、例えば、図４に示すように、コ
イル１Ａ〜１Ｐが、デジタルオーディオ信号のＬＳＢ〜
２ＳＢに対応するとすれば、コイル１Ａの巻き数は２
回、コイル１Ｂの巻き数は４回、コイル１Ｃの巻き数は
８回、…というように、あるビットに対応するコイルの
巻き数は、１つ下位のビットに対応するコイルの巻き数
の２倍とされている。

【００１２】したがって、コイル１Ａ〜１Ｐの巻数の比
は、項比２の等比級数で、２**０〜２**14とされている
（x**yは、xのy乗を示す。以下同様）。

【００１３】また、図３は、デジタル駆動方式のスピー
カ装置の信号系の一例を示す。すなわち、デジタルオー
ディオ信号が、直列並列変換回路２２０に供給されて１
サンプル分ずつ並列のデータに変換される。そして、そ
の変換された並列データのＬＳＢ〜２ＳＢが、デコーダ
回路７０を構成する制御信号生成回路７０Ａ〜７０Ｎ、
７０Ｎに供給されるとともに、その並列データのＭＳＢ
が生成回路７０Ａ〜７０Ｐに供給され、ＬＳＢ〜２ＳＢ
のビットごとに所定の制御信号Ｇ1〜Ｇ4に変換あるいは
デコードされる。

【００１４】そして、この制御信号（Ｇ1〜Ｇ4）〜（Ｇ
1〜Ｇ4）が、スピーカ駆動回路４０に供給される。この
スピーカ駆動回路４０は、スピーカユニット１０の15個
のコイル１Ａ〜１Ｎ、１Ｐに対応して15個のコイル駆動
回路４０Ａ〜４０Ｎ、４０Ｐを有する。

【００１５】また、コイル駆動回路４０Ａ〜４０Ｐは、
定電流回路４１（４１Ａ〜４１Ｐ）と、スイッチング素
子として作用する４個のＦＥＴ５１〜５４と、対応する
コイル１Ａ〜１Ｐとが、ブリッジ接続されて構成され
る。そして、定電流回路４１Ａ〜４１Ｐの定電流は互い
に等しい値Ｉaとされる。

【００１６】また、生成回路７０Ａ〜７０Ｐからの制御
信号（Ｇ1〜Ｇ4）〜（Ｇ1〜Ｇ4）が、コイル駆動回路４
０Ａ〜４０ＰのＦＥＴ（５１〜５４）〜（５１〜５４）
に供給され、ＦＥＴ５１〜５４は制御信号Ｇ1〜Ｇ4によ
り次のようにオン・オフ制御される。

【００１７】すなわち、直列並列変換回路２２０に供給
されるデジタルオーディオ信号のＭＳＢが“０”で、Ｌ
ＳＢ〜２ＳＢのどれかが“１”のときには、コイル駆動
回路４０Ａ〜４０Ｐのうちの対応するコイル駆動回路の
ＦＥＴ５１、５３がオンとされるとともに、ＦＥＴ５
２、５４がオフとされる。また、ＭＳＢが“０”で、Ｌ
ＳＢ〜２ＳＢのどれかが“０”のときには、対応するコ
イル駆動回路のＦＥＴ５１〜５３はすべてオフとされ
る。

【００１８】さらに、ＭＳＢが“１”で、ＬＳＢ〜２Ｓ
Ｂのどれかが“０”のときには、対応するコイル駆動回
路のＦＥＴ５１、５３がオフとされるとともに、ＦＥＴ
５２、５４がオンとされる。また、ＭＳＢが“１”で、
ＬＳＢ〜２ＳＢのどれかが“１”のときには、対応する
コイル駆動回路のＦＥＴ５１〜５３はすべてオフとされ
る。

【００１９】したがって、ＭＳＢが“０”であって、あ
る下位ビットが“１”のとき、これに対応する１次コイ
ルにプラス方向に電流Ｉaが流れ、逆にＭＳＢが“１”
であって、ある下位ビットが“０”のとき、これに対応
する１次コイルにマイナス方向に電流Ｉaが流れる。

【００２０】そして、一般に、電磁結合型のスピーカの
振動系の駆動力Ｆは、２次コイルに誘起される２次電流
ｉと、磁気回路の空隙に生じる磁束の密度Ｂと、磁気回
路の空隙内にある２次コイルの長さＬとの積Ｆ＝ＢＬｉ
により表される。そして、今の場合、磁束密度Ｂおよび
長さＬは一定なので、振動系の駆動力Ｆは、２次コイル
に誘起される２次電流ｉに比例することになるが、この
２次コイルに誘起される２次電流ｉは、１次コイルに流
れる信号電流の大きさと、１次コイルの抵抗との積に比
例する。

【００２１】そして、上述したスピーカユニット１０に
おいては、１次コイル１であるコイル１Ａ〜１Ｐの巻き
数が、デジタルオーディオ信号のＭＳＢを除く各ビット
の重みに比例した巻き数とされているので、ある１次コ
イルに信号電流として電流Ｉaが流れるとき、２次コイ
ル２には、デジタルオーディオ信号のＭＳＢの値に応じ
た方向で、その１次コイルに対応するビットの重みに比
例した大きさの２次電流が誘起される。

【００２２】したがって、２次コイル２の設けられてい
るコーン３２が、デジタルオーディオ信号のＭＳＢの値
に応じた方向に、かつ、その１次コイルに対応するビッ
トの重みに比例した大きさだけ偏位することになり、ス
ピーカユニット１０からはデジタルオーディオ信号に対
応した再生音が出力されることになる。

【００２３】そして、この場合、デジタルオーディオ信
号は、44.1ｋHzまたは48ｋHzのサンプリング周波数でデ
ジタル化されたものであり、１次コイル１Ａ〜１Ｐは、
そのデジタル信号で駆動されるので、デジタル化される
前のアナログオーディオ信号の低域成分も、１次コイル
１の各コイル１Ａ〜１Ｐに流れる信号電流としては20ｋ
Hzを超える高い周波数となる。したがって、電磁結合ス
ピーカであるスピーカユニット１０によって低域までの
再生ができることになる。

【００２４】また、一般のスピーカと同様、スピーカユ
ニット１０の振動系は、高域には反応しにくく、特に20
ｋHzを超えるような高い周波数の成分はほとんど再生し
ない。したがって、１次コイル１Ａ〜１Ｐが44.1ｋHzま
たは48ｋHzのサンプリング周波数のデジタル信号で駆動
されても、そのサンプリング周波数の成分はほとんど再
生されない。仮に微小な音圧で再生されても、20ｋHzを
越える音は人間の耳でほとんど聞き取ることができない
ので、支障を生じることがない。

【００２５】こうして、このスピーカ装置によれば、デ
ジタルオーディオ信号をＤ／Ａ変換することなく再生音
に変換することができる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のデジ
タル駆動方式のスピーカ装置においては、図２からも明
らかなように、１個の１次コイルに対して４個のスイッ
チ回路（ＦＥＴ５１〜５４）を必要とするので、全体で
は60個（＝４個×15ビット分）のスイッチ回路を必要と
する。

【００２７】また、スピーカ装置の出力を大きくする場
合には、１次コイル１Ａ〜１Ｐに流れる電流Ｉaが大き
くなる。

【００２８】したがって、上述のデジタル駆動方式のス
ピーカ装置においては、大容量のスイッチ回路を多数必
要とするので、コストがきわめて高いものとなってしま
う。また、信頼性も低下してしまう。

【００２９】この発明は、このような問題点を解決しよ
うとするものである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】この発明においては、ス
ピーカユニットと、デジタルオーディオ信号の量子化ビ
ット数を（ｎ＋１）とするとき、ｎ個の定電流回路と、
ｎ個のスイッチ回路とを有し、上記スピーカユニット
は、磁気回路に空隙が形成されるとともに、この空隙の
近傍部分にｎ個の１次コイルが固定され、コーンに固定
されて上記空隙内に２次コイルが配され、上記ｎ個の１
次コイルに流れる電流により上記２次コイルに電力が誘
起されて上記コーンが振動する電磁結合型のスピーカと
され、上記ｎ個の定電流回路は、定電流を吐き出すモー
ドと、吸い込むモードとを有するものとされ、上記ｎ個
の１次コイルと、上記ｎ個の定電流回路と、上記ｎ個の
スイッチ回路とが、１組ずつ直列接続され、上記ｎ個の
定電流回路のモードが、上記デジタルオーディオ信号の
ＭＳＢにより同時に切り換え制御されるとともに、上記
ｎ個のスイッチ回路が、上記デジタルオーディオ信号の
うち、これがＤ／Ａ変換されたときのアナログオーディ
オ信号のレベルを決定するビットによりそれぞれオン・
オフ制御されるようにしたスピーカ装置とするものであ
る。

【００３１】したがって、１個の１次コイルは、１個の
スイッチ回路により、流れる定電流の極性が制御され
る。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１においては、入力されるデジ
タルオーディオ信号ＳDが、１サンプルが16ビットの直
列信号であるとともに、２’ｓコンプリメント形式とさ
れている場合である。

【００３３】そして、図１において、スピーカユニット
１０は、図２において説明したように電磁結合型に構成
されるとともに、その１次コイル１が、デジタルオーデ
ィオ信号ＳDのビット数に対応して15個の１次コイル１
Ａ〜１Ｎ、１Ｐから構成される。この場合、コイル１Ａ
〜１Ｐは、上記のように、その巻き数の比が、項比２の
等比級数で、２**０〜２**14とされている。

【００３４】さらに、符号４２Ａ〜４２Ｎ、４２Ｐは定
電流回路を示す。この定電流回路４２Ａ〜４２Ｐは、正
および負の電源ラインに接続され、外部からの制御信号
にしたがって吐き出し型モードあるいは吸い込み型モー
ドで動作するものである。そして、吐き出し型モードの
ときには、所定の一定の大きさの直流電流（定電流）Ｉ
を負荷に供給し、吸い込み型モードのときには、吐き出
し型モードのときと等しい大きさの直流電流Ｉを負荷か
ら吸い込むものである。

【００３５】そして、これら定電流回路４２Ａ〜４２
Ｎ、４２Ｐの出力端と、接地との間に、双方向性のスイ
ッチ回路４３Ａ〜４３Ｎ、４３Ｐと、スピーカユニット
１０の１次コイル１Ａ〜１Ｎ、１Ｐとがそれぞれ直列接
続される。この場合、スイッチ回路４３Ａ〜４３Ｐのそ
れぞれは、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴのドレイン・ソース
間を、互いに逆方向に直列接続して構成することができ
る。

【００３６】さらに、デジタルオーディオ信号ＳDが、
入力端子２２１を通じて直列並列変換回路、例えば直列
入力・並列出力のシフトレジスタ２２０に供給され、信
号ＳDは、１サンプル分ずつ直列／並列変換され、その
変換された信号ＳDのＭＳＢが、定電流回路４２Ａ〜４
２Ｐに、吐き出し型モードと吸い込み型モードとの制御
信号信号として供給され、定電流回路４２Ａ〜４２Ｐ
は、ＭＳＢ＝“０”のときには吐き出し型モードとして
動作し、ＭＳＢ＝“１”のときには吸い込み型モードと
して動作するように制御される。

【００３７】また、レジスタ２２０からの信号ＳDのＬ
ＳＢ〜２ＳＢがデコーダ回路８０に供給されるととも
に、ＭＳＢがデコーダ回路８０に供給され、信号ＳDの
ＬＳＢ〜２ＳＢは、折り返し２進符号における下位15ビ
ットの形式、すなわち、信号ＳDの絶対値を示す２進デ
ータに変換あるいはデコードされる。

【００３８】そして、この変換後のＬＳＢ〜２ＳＢがス
イッチ回路４３Ａ〜４３Ｐにその制御信号として供給さ
れ、ビットが“０”のとき、対応するスイッチ回路はオ
フとされ、“１”のとき、オンとされる。

【００３９】このような構成によれば、デジタルオーデ
ィオ信号ＳDのＭＳＢが“０”のときには、定電流回路
４２Ａ〜４２Ｐは吐き出し型モードの動作となるので、
定電流回路４２Ａ〜４２Ｐ→スイッチ回路４３Ａ〜４３
Ｐ→１次コイル１Ａ〜１Ｐ→接地の極性に定電流Ｉ〜Ｉ
が流れる。

【００４０】また、信号ＳDのＭＳＢが“１”のときに
は、定電流回路４２Ａ〜４２Ｐは吸い込み型モードの動
作となるので、接地→１次コイル１Ａ〜１Ｐ→スイッチ
回路４３Ａ〜４３Ｐ→定電流回路４２Ａ〜４２Ｐの極性
に定電流Ｉ〜Ｉが流れる。

【００４１】すなわち、ＭＳＢの値によって１次コイル
１Ａ〜１Ｐを流れる定電流Ｉ〜Ｉの極性が反転する。し
たがって、スピーカユニット１０のコーンの偏位方向
は、信号ＳDのＭＳＢにより制御される。

【００４２】また、そのとき、デコーダ回路８０から出
力される信号ＳDのＬＳＢ〜２ＳＢが、信号ＳDからＤ／
Ａ変換されたときのアナログオーディオ信号の絶対値を
示す。さらに、ＬＳＢ〜２ＳＢのうちのあるビットが
“１”のとき、スイッチ回路４３Ａ〜４３Ｐのうちの対
応するスイッチ回路がオンになり、１次コイル１Ａ〜１
Ｐのうちの対応する１次コイルに定電流Ｉが流れる。

【００４３】したがって、スピーカユニット１０のコー
ンが偏位するとき、その偏位量はＬＳＢ〜２ＳＢの示す
絶対値に対応することになる。

【００４４】これらの結果、スピーカユニット１０のコ
ーンは、信号ＳDの１サンプル分ごとに、そのＭＳＢお
よびＬＳＢ〜２ＳＢに対応した方向および大きさに偏位
するので、スピーカユニット１０からはデジタルオーデ
ィオ信号ＳDの再生音が出力されることになる。

【００４５】こうして、このスピーカ装置によれば、デ
ジタルオーディオ信号ＳDをＤ／Ａ変換することなく再
生音に変換することができるが、この場合、特に上述の
スピーカ装置によれば、１次コイル１Ａ〜１Ｐに対して
双方向に定電流Ｉを流すとき、その定電流Ｉをオン・オ
フ制御するスイッチ回路は、１次コイル１Ａ〜１Ｐの１
個につき１個でよい。したがって、コストを低減するこ
とができるとともに、信頼性を高めることができる。

【００４６】なお、上述においては、１次コイル１Ａ〜
１Ｐの巻き数の比が、デジタルオーディオ信号ＳDのＬ
ＳＢ〜２ＳＢに対応して２**０〜２**14であるとした
が、１次コイル１Ａ〜１Ｐの巻き数をすべて等しくする
とともに、定電流回路４２Ａ〜４２Ｐの定電流の大きさ
の比を、項比２の等比級数で、２**０〜２**14とするこ
ともできる。

【００４７】あるいは、両者を組み合わせることもで
き、すなわち、定電流回路４２Ａ〜４２Ｐの定電流の大
きさと、１次コイル１Ａ〜１Ｐの巻き数との積の比が、
デジタルオーディオ信号ＳDのＬＳＢ〜２ＳＢの重みに
対応していればよい。

【００４８】また、１次コイル１（１Ａ〜１Ｐ）の一部
を、コイル１と対向するプレート２２の内周面に取り付
けてもよい。あるいは、１次コイル１のすべてをプレー
ト２２の内周面に取り付けることもできる。

【００４９】

【発明の効果】この発明によれば、電磁結合スピーカを
デジタルオーディオ信号により定電流駆動する場合、そ
れぞれの１次コイルを流れる定電流を１つのスイッチ回
路により制御しているので、スイッチ回路の数を削減で
き、コストの削減と信頼性の向上とを実現することでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一形態を示す接続図である。

【図２】この発明を説明するための断面図である。

【図３】この発明を説明するための接続図である。

【図４】この発明を説明するための図である。

【符号の説明】

１、１Ａ〜１Ｐ…１次コイル、２…２次コイル、１０…
スピーカユニット、１１…ポールピース、１２…センタ
ーポール部、１８…端子、２０…磁気回路、２１…永久
磁石、２２…プレート、２３…空隙、３１…エッジ、３
２…コーン、３３…防塵キャップ、３４…ダンパー、３
５…スピーカフレーム、４２Ａ〜４２Ｐ…定電流回路、
４３Ａ〜４３Ｐ…スイッチ回路、８０…デコーダ回路、
２２０…直列並列変換回路、ＳD…デジタルオーディオ
信号

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スピーカユニットと、 デジタルオーディオ信号の量子化ビット数を（ｎ＋１）
   とするとき、ｎ個の定電流回路と、 ｎ個のスイッチ回路とを有し、 上記スピーカユニットは、 磁気回路に空隙が形成されるとともに、 この空隙の近傍部分にｎ個の１次コイルが固定され、 コーンに固定されて上記空隙内に２次コイルが配され、 上記ｎ個の１次コイルに流れる電流により上記２次コイ
   ルに電流が誘起されて上記コーンが振動する電磁結合型
   のスピーカとされ、 上記ｎ個の定電流回路は、定電流を吐き出すモードと、
   吸い込むモードとを有するものとされ、 上記ｎ個の１次コイルと、上記ｎ個の定電流回路と、上
   記ｎ個のスイッチ回路とが、１組ずつ直列接続され、 上記ｎ個の定電流回路のモードが、上記デジタルオーデ
   ィオ信号のＭＳＢにより同時に切り換え制御されるとと
   もに、 上記ｎ個のスイッチ回路が、上記デジタルオーディオ信
   号のうち、これがＤ／Ａ変換されたときのアナログオー
   ディオ信号のレベルを決定するビットによりそれぞれオ
   ン・オフ制御されるようにしたスピーカ装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のスピーカ装置において、 上記ｎ個の１次コイルは、上記デジタルオーディオ信号
   のビットの重みに対応した巻き数とされ、 上記ｎ個の定電流回路の定電流は互いに等しい大きさと
   されるようにしたスピーカ装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のスピーカ装置において、 上記ｎ個の１次コイルは互いに等しい巻き数とされ、 上記ｎ個の定電流回路の定電流は、上記デジタルオーデ
   ィオ信号のビットの重みに対応した大きさとされるよう
   にしたスピーカ装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載のスピーカ装置において、 上記ｎ個の定電流回路の定電流の大きさと、上記ｎ個の
   １次コイルの巻き数との積が、上記デジタルオーディオ
   信号のビットの重みに対応した大きさとされるようにし
   たスピーカ装置。
5. 【請求項５】請求項２、請求項３あるいは請求項４に記
   載のスピーカ装置において、 上記デジタルオーディオ信号が、２’ｓコンプリメント
   の形式とされ、 上記ｎ個のスイッチ回路をオン・オフ制御するビット
   が、上記デジタルオーディオ信号のＬＳＢ〜２ＳＢであ
   るようにしたスピーカ装置。