JPH1051886A

JPH1051886A - スピーカ装置

Info

Publication number: JPH1051886A
Application number: JP8355145A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Muraguchi; 高弘村口; Jun Kishigami; 純岸上; Masao Fujihira; 正男藤平
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-02-20

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、電磁結合力を高
めるとともに、電源効率を高める。【解決手段】電磁結合型のスピーカにおいて、その１
次コイルを複数のコイル１Ａ〜１Ｐにより構成する。イ
ンピーダンス回路４２Ａ〜４２Ｐと、１次コイル１Ａ〜
１Ｐと、スイッチ回路４１Ａ〜４１Ｐとが、スイッチン
グ電源回路４４に対して、１組ずつ直列接続される。ス
イッチング電源回路４４に、そのスイッチング用のクロ
ックとして、デジタルオーディオ信号のサンプリング周
期のクロックが供給される。スイッチ回路４１Ａ〜４１
Ｐが、デジタルオーディオ信号ＳDの各ビットによりそ
れぞれオン・オフ制御される。

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、入力されるデジタルオーディオ信
号ＳDが、量子化ビット数が16ビットで、自然２進数符
号であるとすれば、上述の１次コイル１は、このデジタ
ルオーディオ信号ＳDに対応して、16個のコイル１Ａ〜
１Ｐから構成され、コイル１Ａ〜１Ｐの巻き数は、デジ
タルオーディオ信号ＳDの各ビットの重みに対応した値
とされている。すなわち、例えば、コイル１Ａ〜１Ｐ
が、デジタルオーディオ信号ＳDのＬＳＢ〜ＭＳＢに対
応するとすれば、コイル１Ａの巻き数は２回、コイル１
Ｂ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。

【００１０】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**15とされている
（x**yは、xのy乗を示す。以下同様）。

【００１１】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ＳDが、入力端子２２１から直列並列変換回
路２２２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ＬＳ
Ｂ〜ＭＳＢが、後述するチョッパ回路２２３を通じてス
イッチ回路４１Ａ〜４１Ｐにその制御信号として供給さ
れ、スイッチ回路４１Ａ〜４１Ｐは、対応するビットが
“０”のときオフとされ、“１”のときオンとされる。

【００１２】さらに、直流電源４３が設けられ、この直
流電源４３と、接地との間に、１次コイル１Ａ〜１Ｐ
と、スイッチ回路４１Ａ〜４１Ｐと、インピーダンス回
路４２Ａ〜４２Ｐとが、１組ずつ直列に接続される。こ
の場合、インピーダンス回路４２Ａ〜４２Ｐのインピー
ダンスＺA〜ＺPは、１次コイル１Ａ〜１Ｐのうち、対応
する１次コイルのインピーダンスとの和が、互いに等し
くなるような値とされる。

【００１３】したがって、スイッチ回路４１Ａ〜４１Ｐ
がオンのとき、１次コイル１Ａ〜１Ｐに電流ＩA〜ＩPが
それぞれ流れるが、インピーダンス回路４２Ａ〜４２Ｐ
のインピーダンスＺA〜ＺPと、１次コイル１Ａ〜１Ｐの
インピーダンスとの和が、互い等しくされているので、
電流ＩA〜ＩPは互いに等しい値Ｉとなる。

【００１４】そして、デジタルオーディオ信号ＳDのあ
るビットが“１”になると、スイッチ回路４１Ａ〜４１
Ｐのうち、その“１”になったビットに対応するスイッ
チ回路がオンになり、１次コイル１Ａ〜１Ｐのうち、そ
のオンになったスイッチ回路に対応する１次コイルに電
流Ｉ（＝ＩA〜ＩP）が流れる。

【００１５】ここで、一般、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。

【００１６】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ＳDの各ビットの重みに
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Ｉが流れるとき、２次コイル２には、
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。

【００１７】したがって、２次コイル２の設けられてい
るコーン３２は、デジタルオーディオ信号ＳDの各ビッ
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。

【００１８】そして、この場合、デジタルオーディオ信
号ＳDは、一般に可聴帯域外のサンプリング周波数、例
えば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ＳD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20
ｋHz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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、直列並列変
換回路２２２から出力されるＬＳＢ〜ＭＳＢのビットク
ロックCKと、そのＬＳＢ〜ＭＳＢとの関係は、例えば、
図４ＡおよびＢに示すようになる。なお、期間τは、直
列並列変換回路２２２から出力されるＬＳＢ〜ＭＳＢの
ビット期間であり、これは、入力端子２２１に供給され
たデジタルオーディオ信号ＳDのサンプリング周期に等
しい。

【００２２】そして、図４Ｂにも示すように、ＬＳＢ〜
ＭＳＢのうちのあるビットが、ビット期間（サンプリン
グ周期）τの２つ以上に対して、連続して“０”あるい
は“１”になることがある。

【００２３】そして、任意のビットが、期間２τ以上、
連続して“０”になっても、スイッチ回路４１Ａ〜４１
Ｐのうち、対応するスイッチ回路が連続してオフになる
だけであるから問題はない。しかし、あるビットが、期
間２τ以上、連続して“１”になったときには、スイッ
チ回路４１Ａ〜４１Ｐのうち、対応するスイッチ回路が
連続してオンになるので、１次コイル１Ａ〜１Ｐのう
ち、対応する１次コイルには、連続して電流Ｉが流れる
ことになる。

【００２４】ところが、このように１次コイルに期間２
τ以上にわたって連続して電流Ｉが流れるということ
は、その期間、見掛けのビット期間が長くなった、すな
わち、見掛けのサンプリング周波数が低くなったことと
等価である。このため、スピーカユニット１０の電磁結
合力が小さくなり、最適な駆動が行われなくなってしま
う。

【００２５】また、例えば、本来のサンプリング周波数
が44.1ｋHzであっても、ビットが“１”である期間が、
例えば３τにわたって連続すると、そのときの見掛けの
サンプリング周波数は44.1ｋHz／３、すなわち、14.7ｋ
Hzとなるので、これは再生音として聞こえてしまう。

【００２６】そこで、図３に示すスピーカ装置において
は、チョッパ回路２２３が設けられ、直列並列変換回路
２２２からのＬＳＢ〜ＭＳＢは、クロックCKによりチョ
ッピングされ、例えば図４Ｃに示すように、クロック期
間τごとに、いったん“０”になるデータとされ、これ
がスイッチ回路４１Ａ〜４１Ｐに供給される。

【００２７】したがって、直列並列変換回路２２２から
のデジタルオーディオ信号ＳDのどのビットが、複数の
クロック期間にわたって連続して“１”になっても、１
次コイル１Ａ〜１Ｐに流れる電流ＩA〜ＩPは、周期τで
オン・オフされることになる。したがって、スピーカユ
ニット１０の電磁結合力が小さくなることがなく、最適
な駆動を行うことができる。また、見掛けのサンプリン
グ周波数が可聴周波数帯域に入ることもなく、再生音と
して聞こえることもない。

【００２８】ところが、このようにチョッパ回路２２３
を設けると、直流電源４３がスイッチング電源回路によ
り構成されている場合、チョッパ回路２２３と電源回路
４３との両方が、電流ＩA〜ＩPをスイッチングをするこ
とになるので、スイッチングロスが多くなって電源効率
が低下してしまう。

【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、複数ｎ個のインピーダンス回路と、
ｎ個のスイッチ回路と、所定の直流電圧を出力するスイ
ッチング電源回路とを有し、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個のインピーダンス回路と、上記ｎ個の１次
コイルと、上記ｎ個のスイッチ回路とが、上記電源回路
に対して、１組ずつ直列接続され、上記スイッチング電
源回路に、そのスイッチング用のクロックとして、上記
デジタルオーディオ信号のサンプリング周期のクロック
が供給され、上記ｎ個のスイッチ回路が、上記デジタル
オーディオ信号の各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次コイルに流れる電流は、
クロックの周期でオン・オフされる。

【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、自然２進数符号とされている場
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16個の１次コイル１
Ａ〜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**15とされている。

【００３４】また、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２２２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
る。そして、その変換された信号ＳDのＬＳＢ〜ＭＳＢ
が、図３におけるチョッパ回路２２３を通じてことなく
スイッチ回路４１Ａ〜４１Ｐにその制御信号として供給
され、スイッチ回路４１Ａ〜４１Ｐは、対応するビット
が“０”のときオフとされ、“１”のときオンとされ
る。

【００３５】さらに、パルス電圧を出力する電源回路と
してスイッチング電源回路４４が設けられる。この場
合、スイッチング電源回路４４は、一般のスイッチング
電源回路と同様に構成されるが、その出力電圧を平滑す
る平滑回路は設けられない。また、変換回路２２２から
のクロックCKがスイッチング電源回路４４にそのスイッ
チング用のクロックとして供給される。こうして、電源
回路４４からは、平滑されていないパルス電圧Ｖ44が取
り出される。

【００３６】そして、このようなスイッチング電源回路
４４と、接地との間に、１次コイル１Ａ〜１Ｐと、スイ
ッチ回路４１Ａ〜４１Ｐと、インピーダンス回路４２Ａ
〜４２Ｐとが、１組ずつ直列に接続される。この場合、
インピーダンス回路４２Ａ〜４２ＰのインピーダンスＺ
A〜ＺPは、１次コイル１Ａ〜１Ｐのうち、対応する１次
コイルのインピーダンスとの和が、互いに等しくなるよ
うな値とされる。

【００３７】このような構成によれば、スイッチ回路４
１Ａ〜４１Ｐがオンのとき、１次コイル１Ａ〜１Ｐに電
流ＩA〜ＩPがそれぞれ流れるが、インピーダンス回路４
２Ａ〜４２ＰのインピーダンスＺA〜ＺPと、１次コイル
１Ａ〜１Ｐのインピーダンスとの和が、互い等しくされ
ているので、電流ＩA〜ＩPは互いに等しい値Ｉとなる。

【００３８】そして、デジタルオーディオ信号ＳDのＬ
ＳＢ〜ＭＳＢのうちのあるビットが“１”のとき、スイ
ッチ回路４１Ａ〜４１Ｐ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〜１Ｐのうち、そのオン
になったスイッチ回路に対応する１次コイルに電流Ｉ
（＝ＩA〜ＩP）が流れる。そして、このとき、１次コイ
ル１Ａ〜１Ｐの巻き数は、デジタルオーディオ信号ＳD
の各ビットに対応した重みがつけられている。

【００３９】したがって、スピーカユニット１０のコー
ン３２が、デジタルオーディオ信号ＳDの１サンプルご
とに、各ビットの重みに対応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ＳDの再生音が出力されることになる。

【００４０】そして、その場合、電源回路４４は、クロ
ックCKによりスイッチング動作を行うようにされている
とともに、平滑回路が設けられていないので、その出力
電圧Ｖ44はクロックCKに同期したパルス電圧となり、ク
ロックCKの周期τで０（あるいは０に近い値）になる。

【００４１】したがって、例えば図４Ｂに示すように、
直列並列回路２２２からのＬＳＢ〜ＭＳＢが、期間２τ
以上にわたって“１”であっても、１次コイル１Ａ〜１
Ｐに流れる電流ＩA〜ＩPは、クロックCKの周期で０にな
り、１次コイル１Ａ〜１Ｐは、周期τの電流ＩA〜ＩPに
より駆動されることになる。したがって、スピーカユニ
ット１０の電磁結合力が小さくなることがなく、また、
見掛けのサンプリング周波数が可聴周波数帯域に入るこ
ともない。

【００４２】こうして、上述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、その場合、上述のス
ピーカ装置によれば、図３におけるチョッパ回路２２３
を設けなくても、スピーカユニット１０の電磁結合力が
小さくなることがないので、最適な駆動を行うことがで
きる。また、見掛けのサンプリング周波数が可聴周波数
帯域に入ることもないので、そのその周波数成分が再生
音として聞こえることもない。

【００４３】さらに、上述のスピーカ装置によれば、図
３におけるチョッパ回路２２３が不要なので、そのチョ
ッパ回路２２３により電流ＩA〜ＩPが０になる期間が存
在せず、したがって、電源効率の低下することがない。

【００４４】また、そのようなチョッパ回路２２３を設
ける場合には、デジタルオーディオ信号ＳDのＬＳＢ〜
ＭＳＢの各信号ラインごとに、そのチョッピング処理を
行うのであるから、チョッパ回路２２３の構成が大がか
りになり、コストの上昇を招いてしまうが、上述のスピ
ーカ装置においては、チョッパ回路２２３が不要なの
で、コストの上昇を招くことがない。

【００４５】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〜ＭＳＢに対応して２**０〜２**15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、電流ＩA〜ＩPの大きさの比を、項比２の等比
級数で、２**０〜２**15とすることもできる。

【００４６】あるいは、両者を組み合わせることもで
き、すなわち、電流ＩA〜ＩPの大きさと、１次コイル１
Ａ〜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〜ＭＳＢの重みに対応していればよい。

【００４７】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。さらに、デ
ジタルオーディオ信号ＳDが、自然２進数符号ではない
ときには、自然２進数符号に変換あるいはデコードすれ
ばよい。

【００４８】

【発明の効果】この発明によれば、電磁結合形のスピー
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、装置全体の電源効率を高めることができるととも
に、スピーカユニットの電磁結合力を高めることができ
る。しかも、そのために、専用の回路を設ける必要がな
い。

【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波形図である。

【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、４１Ａ〜４１Ｐ…スイッチ回
路、４２Ａ〜４２Ｐ…インピーダンス回路、４４…スイ
ッチング電源回路、２２２…直列並列変換回路、ＳD…
デジタルオーディオ信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スピーカユニットと、複数ｎ個のインピーダンス回路と、ｎ個のスイッチ回路と、直流電圧をパルス状に出力するスイッチング電源回路と
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個のインピーダンス回路と、上記ｎ個の１次コイ
ルと、上記ｎ個のスイッチ回路とが、上記電源回路に対
して、１組ずつ直列接続され、上記スイッチング電源回路に、そのスイッチング用のク
ロックとして、上記デジタルオーディオ信号のサンプリ
ング周期のクロックが供給され、上記ｎ個のスイッチ回路が、上記デジタルオーディオ信
号の各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。
【請求項２】請求項１に記載のスピーカ装置において、上記スイッチング電源回路からパルス状に出力される直
流電圧が、上記クロックに同期するようにしたスピーカ
装置。
【請求項３】請求項２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１次コイルのインピーダンスと、上記ｎ個の
インピーダンス回路のインピーダンスとの和が互いに等
しくなるように、上記ｎ個のインピーダンス回路のイン
ピーダンスが設定されているようにしたスピーカ装置。
【請求項４】請求項２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１次コイルを流れる電流が、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なるよ
うに、上記インピーダンス回路のインピーダンスが設定
されているようにしたスピーカ装置。
【請求項５】請求項２に記載のスピーカ装置において、上記ｎ個の１次コイルを流れる電流の大きさと、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。