JPS603298A - モ−シヨナルフイ−ドバツク型スピ−カ - 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、例えばディジタルオーディオシステム等に
用いて好適なモーショナルフィードバック（以下ＭＦＢ
と略す）型スピーカに関する。

背景技術とその問題点 一般にこれまでのオーディオ信号の記録媒体であるＬＰ
レコードやカセットテープ等では、低音域、特に１００
Ｈｚ以下の低い音域の再生が充分にできなかったが、い
わゆるコンパクトディスク等の出現によシ、例えば１０
０Ｈｚ以下の低音域を含む低域から面域１で平坦な周波
数特性を有し、しかもＳハ比の良好な再生信号が得られ
るようになってきた。

このために、このような記録媒体からアンプ等を通して
再生されて来た電気信号をＭ行信号に変換するためのス
ピーカ、特に低音用スピーカであるウーハ等については
一段と品性能なものが要求されつつある。ところが、こ
のような低音用と［。

て使用されるウーハ等はその振幅が通常約１０調以上と
太きいために大振幅の信号時における直線性の劣化や動
作帯域内に共振周波数ｆｏを有するために電気信号と振
動板の振動とに誤差を生ずる等電気−機械−音響変換に
おける精度上の問題があシ、この結果音圧周波数特性が
平坦でなくカリ、また非直線歪を生じる等の不都合があ
る。

そこで、この様な音圧周波数特性の平坦化や非直線歪の
低減を図るために、ＭＦＢ方式が従来提案されている。

このＭＦＢ方式はスピーカの振動系の運動量を検出し、
その検出出力をスピーカの駆動系へ帰還させてスピーカ
の振動系の運動を制御するものである。このＭＦＢ方式
における検出出力の帰還のやシ方としては従来各種のも
のが提案されておυ、例えばその第１はスぎ一力の振動
板の速度に比例した電圧をそのてま入力側に帰還する方
法、第２はスピーカの振動板の加速度に比例した電圧を
帰還する方法、第３は振動板の変位に比例した電圧を帰
還する方法等である。

これらの内、特に従来多く用いられているのは、第１の
方法で、これは具体的にはスピーカの駆動コイルに流れ
る電流の逆起電力を検出し、入力側に帰還するものであ
る。この方法の場合、スピーカの振動系の運動量を検出
するのは容易であるが、しかし、その検出出力は空気と
の界面で音波を発生させているスピーカの振動板の動き
に対応した検出出力ではなく、駆動コイルの動きを実質
的に速反変化として検出しているため、コイルで検出し
た信号が必ずしも振動板の動きと対応してないという問
題がある。

そこで良好な音を得るだめには、スピーカの振動板の動
きが電気信号に忠実に対応していることが必要であシ、
この点から、上述の３つの方法のうち、第３の方法は最
も好ましいものと思われる。

そこで、実際に空気を動かすスピーカの振動板の変位を
検出し、この変位情報をスピーカの駆動系に帰還して電
気信号と振動板との忠実度を向上させることができるモ
ーショナルフィードバック型スピーカが考えられ、第１
図はその一例である。

すなわち、第１図において、（１）は平行移動するスピ
ーカの振動板であって、これにミラー（２）が取シ伺け
られる。（３）はこのミラー（２）に光線を入射せしめ
る光源であって、例えＩ、−Ｆ半導体レーザ光臨を用い
る。この半導体レーザ光臨（３）よシの光線（レーザ光
線）はレンズ（４）を介してミラー（２）に入射せしめ
られる。（５）はミラー（２）よシの反射光線を振動板
（１）の変位量に応じた受光部上の位ｔパで受光する光
検出器である。この光検出器（５）は、その受光面の長
手方向（ライン方向）が、入射及び反射光線並びに法線
Ｎ（第２図）を含む平面内に位置するように配される。

こバ等（１）〜（５）によシスピー力の振動系の変位を
検出する変位検出手段の光学系を構成しておシ、その動
作を更に第２図を参照し乍ら説明する。なお）同図にお
いて、Ｎはレーザ光臨（３）からの光線のミラー（２）
に対する入射点における法線を示す。

また、θはミラー（２）に対する入射光線及び反射光線
の夫々入射、反射角であって、これらは互いに等り、い
。

いま、振動板（１）が破線で示すように平行移動、即ち
法ｍＮ方向にｔだけ変位したとすると、光検出器（５）
の受光面に入射するミラー（２）からの反射光線の位置
はその長手方向（ライン方向）にＸだけ変位する。この
Ｘは次式の様に表わされる。

ｘ　＝　２　Ｌ　ｓｌｎθ 、１ この式においてθを３０°に選ぶと、ＳｉＨ６はフに々
るから、ｘ−ｔとなる。

従って、ミラー（２）からの反射光線を光検出器（５）
でとらえれは、その受光面の変位に応じた振動板（１）
の位置情報が得られる。

上述した光検出器（５）の−例としては例えは第３図に
等価回路を示す如きＰＩＮフォトダイオードを用いた半
導体装置検出器が用いられる。この半導体装置検出器は
入射光線によって生じた光電流が均一な抵抗層を通じて
２つの出力端子ｔｌ、ｔ２に流れ、その得られた差動の
第１及び第２の位置検出電流の差をめることによシ、入
射する光線の位置が検出されるものである。第３図にお
いてｔ３はバイアス電圧の供給される入力端子である。

又、Ｒ８は抵抗率の一定な表面抵抗であって、この抵抗
Ｒｓに入射する光の位置に応じて、その位置と各出ブ烏
１子ｔ１ｒ　ｊ２間の抵抗値がその長さに比例して決定
され、その抵抗の逆数の比に応じて出力端子ｔｌ＋　ｔ
２に得られる電流が変化する。この出力端子ｔｌ　、　
ｔ２に得られる１１．流が等しくなる点がスピーカの振
動系の中立点に相当する。尚、Ｐは軍、流源、Ｄは理Ｍ
的ダイオード、Ｃ１は接合容量、ＲｓＮは並列抵抗であ
る。

再度第１図に戻９、上述の如く光検出器（５）の出力端
子ｊｌ＋ｔ２に得られた第１ないし第２の位置検出出力
である各電流は、夫々電流−電圧変換回路（６）及び（
７）に供給されて電圧信号に変換された後加算回路（８
）及び減算回路（９）に供給される。

ここで、光検出器（５）に入射する光量が変化すると、
その検出された位置情報は大きな誤差を含んでしまう。

そこで、加算回路（８）の出力を光量制御回路（１０）
に供給し、この制御回路αＯの出力によシレーザ光源（
３）を制御して光検出器（５）に入射する光量を一定と
なし、加算回路（８）の出力が常に一定となるようにし
て振動板（１）の変位量、す々わち絶対位置情報を正確
に検出できるようにする。

また、減算回路（９）からの減算出力は比較回路０１）
の反転入力端子に供給される。

一方、入力端子αつに供給されるオーディオ信号が音域
制限フィルタα→で１２　ｄＢｌｏｃｔの特性の信号と
された後基準電圧として比較回路α力の非反転入力端子
に供給される。比較回路α力はこの基準電圧と振動板（
１）の変位情報に対応した減算回路（９）からの出力と
を比較し、その比較誤差信号がスピーカの位相補償フィ
ルタα→及び駆動回路α時を介して駆動コイル（ボイス
コイル）αＧ・に供給される。

この結果、振動板（１）の変位が入力端子０釣に供給さ
れるオーディオ信号に忠犬に対応するようにサーボがか
けられる。つまシ、比較回路α力の出力が０となるよう
にサーボがかけられる。

そして、比較回路α→の非反転入力端子に供給される基
準電圧と振動板（１）の変位の関係を見ると第４図に示
す様に、サーボがかかつていない状態では破線で示す様
な関係にあるも、サーボがかけら九ると実線で示す様に
直線的女関係とされる。すなわち、振動板（１）の変位
がオーディオ信号に忠犬に対応するようになり、非直線
歪が低減される。

また、この時の音圧しΔル特性を見ると、第５図に示す
様にサーボがかかつてない状態では、破線で示す様に周
波数特性の低減、特に１００Ｈｚ以下では音圧しＲルが
低下するも、上述の如くサーフ１ζがかけられると音圧
レイルは低域の周波数まで伸び、よって音圧周波数特性
が平坦となる。

更に、この時の動作開始の過渡特性を見ると、第６図に
示すように、通常のＦＬＡ動力法では、第６図Ａに示す
ような例えば１０Ｈｚ程度の矩形波の人、力信号が供給
された場合、振動板（１）の変位は第６図Ｂに示すよう
に略々三角波状に変化する。これは、スピーカの振動系
の共振周波数ｆＯと空気のダンピングファクタによって
決定される立上シ時間で振動板（１）が動くからである
。

これに対し、第１図におけるように、スピーカの振動系
の変位情報をスピーカの駆動系に帰還してやる方法では
、第６図Ｃに示すように、立上シ時間が飛躍的に早くな
シ、入力信号の矩形波と同じ波形状態で振動板（１）が
動き、大幅にその過渡特性が改善される。

ところで、この過渡特性の大幅な改善は、音によっては
非常に好ましいものであるが、一方で実用上の問題が生
じる。すなわち、上述の如く過渡特性が良好なために、
逆にサーボループのロック時に大きな衝撃音を発生する
ことである。

これは、振動板（１）の位愈と、この振動板（１）の変
位に関連した検出電圧すなわち減算回路（９）の出力電
圧との関係を示す第７図において、電源投入時まだはサ
ーボループを閉じた時に振動板（１）がそのストローク
中心Ｃ１にあって、出力ηｉ圧がＯであればサーボロソ
ク時に衝撃音を発生しないが、しかし、一般にスピーカ
のダンパのヒスプリシスによシ破線Ｃ２の枠で示す範囲
（振動板垂直）で中立点がずれた９、またはスピーカの
配挿−秋態により、例えば振動板（１）を水平においた
時の中立点が矢印Ｃ３で示すところに位置する如く、そ
の中立点がずれたり、或いは電気回路のオフセット等に
より、サーボループを閉じる前の位飽佃−号すなわち検
出電圧が零でない状態が多く、従って、この状態で所定
の利得を有するサーボループを１し１間的にロックする
と、その過渡特性（立上り特性）の良さから、サーボル
ープのロック時に大きな価９３音を発生するものである
。

この勧撃音は、聴感上不快感を与えるだけでなく、場合
によってはスピーカを破損してしまう等のおそわがある
。

発明の目的 この発明はＷする点に鑑み、スピーカの振動系の変位を
検出して、その変位情報をスピーカの駆動系に帰還する
サーボルーツの利得を制御して、サーボルーツがロック
する時の衝懲音を除去し得るモーショナルフィードバッ
ク型スピーカを提供スるものである。

発明の概要 この発明は、スピーカの振動系の変位を検出し、その変
位情報を上記スピーカの駆動系に帰還するサーボルーツ
を備えたモーショナルフィードバック型スピーカにおい
て、上記サーボルーツのロック状態を検出する検出手段
と、この検出手段の出力に応じて上記サーボルーツの別
掲を制御する利得制御手段とを備え、上記サーボルーツ
が正規にロックするまではその利得を小さくするように
したことを特徴とするモーショナルフィードバック型ス
ピーカであって、サーボルーブロック時の衝撃音が除去
され、不快感やスピーカの破損等が防止される。

以下、この発明の一実施例を第８図に基づいて詳しく説
明する。

第８図は本実施例の回路構成を示すもので、同図におい
て、第１図と対応する部分には同一符号を付し、その詳
細説明は省略する。

本実施例では、比較回路α力とフィルタα→の間にバッ
ファ回路Ｑ１）を設け、このバッファ回路Ｑカの入力側
を抵抗器（ハ）を介して比較回路０］）の出方側に接続
すると共に、バッファ回路（ハ）の出方側１をフィルタ
（１４１の入力（ｒａｇに接続する。また、バッファ回
路０１）の入力側とアース間に可変抵抗器のと、直列接
続の抵抗器（ハ）及びスイッチング素子例えは電界効果
トランジスタ（以下、ＦＥＴと略す）（ハ）とを並列接
続する。後述されるように、サーボルーツが正規にロッ
クしてない状態ではＦＥＴ　（Ｊ！ｌ）のオンにより、
抵抗器（ハ）と可変抵抗器（ハ）が並列接続されてサー
ボルーツの利得が下げられ、一方、サーボルーツがロッ
クするとＦＥＴ（ハ）のオフにょシ、抵抗器（財）が実
質的に排除されて可変抵抗器Ｂ？単体とな９、サーボル
ープの利得は、可変抵抗器幹で予め設定された所定の値
に落ちつく。

また、比較回路Ｑηの出力側にローノやスフイルタＱ０
及びアンプ（ハ）が設けられ、このアンプ（イ）の出力
側が夫々第１の比較回路（ハ）の反転入力端子及び第２
の比較回路（ハ）の非反転入力端子に接続される。

比較回路（ハ）の非反転入力端子及び比較回路（ハ）の
反転入力端子は夫々可変抵抗器（ト）及び（３１）を介
して接地される。これ等可変抵抗器国及び０１）によシ
、サーボルーツがロックしているか否かを判断するため
の、第１及び第２の基準値が与えられる。すなわち、サ
ーボルーツがロックしたか否かは、振動板の変位情報に
対応した検出電圧とオーディオ信号に基づく基準電圧の
差、つ″ｉ！フ比較回路Ｑ１）の出力（比較誤差信号）
を見れはよいので、この比較回路（ハ）の出力しＲルが
上述の第１及び第２の基準値内であればサーボルーツは
ロック状態にあり、基準値外であればサーボルーツはロ
ックされてないものとみなす。これ等第１及び第２の基
準値は主としてサーボループの利得及びローＡスフイル
タ（ハ）の時定数によって決定される。

例えは、サーボループの利得が４６　ｄＢで振動板（１
）の片側の振幅が１０朧であシ、位置信号の感度（振動
する（１）の振幅１胴当シの比較回路α◇の検出電圧）
をＩＶ／ｍｍとすれば、誤差は１０ｍｍ　＝　１０　＝
４６　ｄＢ　２００ ０．０５ｍｍとなる。これを電圧に換算すれば０．０５
　Ｖとなる。この０．０５　Ｖの誤差信号をアンプ（ロ
）で例えば２０倍すると、１．０■の信号が得られる。

従って比較回路（イ）及び（ハ）の基準値を夫ｈ＋ＩＶ
、−ＩＶに設定すれば、誤差信号が±１ｖの範囲内にあ
るが否かによシ、サーボがロックしたがどうかを判断で
きることになる。なお、比較回路Ｑ→及び（ハ）は入方
佃号が基準値を越えた時正の出力信号を発生するものと
する。

比較回路Ｑ角及びａ９）の出方側は共通接続さゎた後抵
抗器０りを介してトランジスタ０９のΔ−スに接続され
る。このトランジスタ０３のエミッタは正の電源端子＋
ｖｃｃに接続され、そのコレクタは抵抗器０→を介して
負の電源端子−■ｃｏに接続され、そのベースに正の電
源端子→〜ｖｏｃ側よシ適当なバイアス電圧が与えられ
ている。そし２て、トランジスタ０葎のコレクタに、上
述のＦＥＴ　ｅｌ’５）のダートがダイオード０→を介
して接続される。

いま、電源が投入されてサーボループが正規にロックす
るまでは、上述した理由にょシスビー力の中立点がずれ
ていると、比較回路０１）の出力側には何等かの比較誤
差信号が現われておシ、この比較誤差信号をローパスフ
ィルタ（ハ）及びランプ０のを通して得た信号のレイル
は比較回路（財）及び（ハ）の基準値を越えるものであ
るので、比較回路（ハ）及び（ハ）の出力側には正の出
力信号が得られる。この正の出力信号によシトランジス
タ０→はオフとなシ、ダイオード００が導通状態となっ
てＦＥＴ（ハ）がオンする。

この結果、可変抵抗器に）と並列に抵抗器（ハ）が挿入
され、サーボループの利得は小さくなる。

このサーボループの利得が７Ｆさくなった時の過渡特性
は第６図りに示すように、その立上シ時間がゆつくシし
たものとなシ、これによって衝撃音の発生が防止される
。なお、この立上シ時間はサーボループの利得を上げれ
ばあげる程、短かくなる。

一方、サーボループがロックされて比較回路α→がその
比較誤差信号をローパスフィルタ（２０及びアンプ０７
１を通して得た信号のし々ルが比較回路＠及び（ハ）の
基準値内に入るようになると、比較回路（ハ）及び（ハ
）の出力側に負の出力係号が得られる。この負の出力信
号によシトランジスタ０４がオンとなり、ダイオード０
→が非導通状態となってＦＥＴ（ハ）がオフする。この
結果、可変抵抗器（ハ）と並列関係に挿入されていた抵
抗器（ハ）が実質的にυ１゛除され、サーボループの利
得は所定値（最大）まで大きくなり、通常の動作状態に
入ってゆく。

このサーボループの利得を何等制御することなく所定値
まで大きくした状態での過渡特性は、略略第６図Ｃに示
すようなものと同様であシ、従って、その急峻な立上り
特性によシ衝撃音が発生するわけであるが、上述の如く
その過渡特性を利得の切換（小さくする）によシ第６図
りの如く緩慢とすることによシ衝撃音の発生が防止され
る。

なお、サーボループの利得を切換えるのに、上述の如く
スイッチング素子等を用いる代シに、他の切換え手段、
例えばマルチシライヤでサーボループが正規にロックす
るまではその利得を小さくし、ロックしたら太きくする
ようにしてもよい。、マタ、入力端子（２）に供給され
るオーディオ信号がディジタル信号の場合、フィルタＱ
ｊ及び比較回路１ｌｌＬ１）としてディジタル処理可能
な回路を用いると共に、減算回路（９）の出力側にアナ
ログ／ディジタル変換回路、比較回路（ハ）の出力側に
ディジタル／アナログ変換回路を設けるようにすればよ
い。

発明の効果 上述の如くこの発明によれは、スピーカの振動系の変位
情報をスピーカの駆動系に帰還するサーボループの利得
を、サーボループが正規にロックするまでは小さくする
ようにしだので、サーボルーブロック時の衝銑音がなく
な９、不快感やスピーカの破損等が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来回路の一例を示す回路構成図、第２図は第
１図の振動板の変位検出手段の一例を示す配置図、第３
図は第２図の変位検出手段の光検出器の等価回路を示す
回路図、第４図及び第５図は第１図の動作説明に供する
だめの特性図、第６図及び第７図はこの発明の説明に供
するだめの図、第８図はこの発明の一実施例を示す回路
構成図である。 （１）は振動板、（２）はミラー、（３）は光源、（５
）は光検出器、（８）は加算回路、（９）は減算回路、
αＤ、（ハ）、Ｑ９）は比較回路、αＱは駆動コイル、
（ハ）＋　ｅ；’Ａ　、　（：＋ｉ＋は可変抵抗器、φ
■は抵抗器、Ｂは電界効果ｌ・ランジスタ（ＦＥＴ）　
、（ハ）はローパスフィルタ、（財）はアンプ、０→は
トランジスタ、０→はダイオードでちる。 代理人　伊藤　貞 同　松　隈　秀　盛 第ｑ・図 第５図 用波数（１−１，） 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スピーカの振動系の変位を検出し、その変位情報全上記
   スピーカの駆動系に帰還するサーボループを偏見たモー
   ショナルフィードバック型スヒ−カにおいて、上記サー
   ボループのロック状態を検出する検出手段と、該検出手
   段の出力に応じて上記サーボループの利得を制御する利
   得制御手段とを備え、上記サーボループが正規にロック
   するまではその利得を小さくするようにしたことを特徴
   とするモーショナルフィードバック型スピーカ。