特開 2024-80123 スピーカ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080123

(43)【公開日】2024-06-13

(54)【発明の名称】スピーカ

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20240606BHJP

   H04R 9/02 20060101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

H04R3/00 310

H04R9/02 102B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022193041

(22)【出願日】2022-12-01

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 亮

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 雄二

(72)【発明者】

【氏名】江上 勝彦

(72)【発明者】

【氏名】戸板 大樹

【テーマコード（参考）】

5D012

5D220

【Ｆターム（参考）】

5D012BB01

5D012BB05

5D012FA03

5D220AA50

(57)【要約】      （修正有）

【課題】主磁気ギャップと副磁気ギャップを有する磁気回路部を用いたスピーカにおいて、副磁気ギャップを横断する磁束によりボイスコイルに制動力が作用するのを抑制することができるスピーカを提供する。
【解決手段】磁石１１、１２、プレート１３、１４、１５及びヨーク１６、１７を有するスピーカの磁気回路部１０は、主磁気ギャップＧ１と副磁気ギャップＧ２、Ｇ３とを有する。ボイスコイル７に流れるボイス電流と主磁気ギャップＧ１を横断する磁束とによる電磁力で振動部が振動する際に、ボイスコイル７が副磁気ギャップＧ２またはＧ３に接近するか又は入り込んだときに、ボイスコイル７に流れるボイス電流を反転させるか又は一時的に遮断するかあるいは減衰させる。これにより、副磁気ギャップＧ２又はＧ３を横断する磁束で、ボイスコイル７に制動力が作用するのを抑制することができる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動板およびボイスコイルを有する振動部と、前記ボイスコイルを横断する磁束を形成する磁気回路部と、前記振動部の移動を検知する検知部と、を有するスピーカにおいて、
前記磁気回路部に、ボイスコイルの振動方向に間隔を空けて配置された２つの磁石と、２つの前記磁石の中間に形成された主磁気ギャップと、少なくとも一方の前記磁石を挟んで前記主磁気ギャップと間隔を空けて形成された副磁気ギャップとが設けられ、
前記主磁気ギャップと前記副磁気ギャップとで、その内部を移動可能なボイスコイルを横断する磁束の向きが相反しており、
前記検知部によって前記ボイスコイルが前記主磁気ギャップから前記副磁気ギャップに向けて所定距離移動したことが検知されたときに、前記ボイスコイルに与えられる電流の向きを反転させる振動制御部が設けられていることを特徴とするスピーカ。

【請求項2】

前記振動制御部には、前記電流の向きを反転させる反転部と、電流量を補正する補正部が含まれている請求項１記載のスピーカ。

【請求項3】

前記ボイスコイルの振動方向での中心部が、前記主磁気ギャップと前記副ギャップとの中間位置に至ったときに、前記電流の向きを反転させる請求項１または２記載のスピーカ。

【請求項4】

振動板およびボイスコイルを有する振動部と、前記ボイスコイルを横断する磁束を形成する磁気回路部と、前記振動部の移動を検知する検知部と、を有するスピーカにおいて、
前記磁気回路部に、ボイスコイルの振動方向に間隔を空けて配置された２つの磁石と、２つの前記磁石の中間に形成された主磁気ギャップと、少なくとも一方の前記磁石を挟んで前記主磁気ギャップと間隔を空けて形成された副磁気ギャップとが設けられ、
前記主磁気ギャップと前記副磁気ギャップとで、その内部を移動可能なボイスコイルを横断する磁束の向きが相反しており、
前記検知部によって前記ボイスコイルが前記主磁気ギャップから前記副磁気ギャップに向けて所定距離移動したことが検知されたときに、前記ボイスコイルに与えられる電流を一時的に遮断しまたは減衰させる振動制御部が設けられていることを特徴とするスピーカ。

【請求項5】

前記振動制御部には、電流量を補正する補正部が含まれている請求項４記載のスピーカ。

【請求項6】

前記ボイスコイルの振動方向での中心部が、前記主磁気ギャップと前記副ギャップとの中間位置に至ったときに、前記電流を一時的に遮断しまたは減衰させる請求項４または５記載のスピーカ。

【請求項7】

前記主磁気ギャップを挟んで振動方向の一方向に間隔を空けて形成された第１副磁気ギャップと、他方向に間隔を空けて形成された第２副磁気ギャップとを有し、前記第１副磁気ギャップと前記第２副磁気ギャップは、共に磁束の向きが前記主磁気ギャップと相反しており、
前記ボイスコイルが、前記主磁気ギャップから前記第１副磁気ギャップに向けて所定距離移動したときのみならず、前記主磁気ギャップから前記第２副磁気ギャップに向けて所定距離移動したときにも、前記振動制御部による制御が行われる請求項１または４記載のスピーカ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主磁気ギャップとさらに少なくとも１つの副磁気ギャップとを有し、主磁気ギャップと副磁気ギャップとで磁束が相反する方向へ横断するスピーカに関する。

【背景技術】

【0002】

以下の特許文献１と特許文献２に、２つのマグネットを有する磁気回路部が設けられたスピーカが示されている。特許文献１の図２に記載されたスピーカは、ボイスコイルの振動方向である上下方向に沿って２つのリング状マグネットが設けられている。２つのリング状マグネットのＳ極どうしの間にプレートが挟まれ、また上側のリング状マグネットの上面のＮ極にプレートが設けられ、下側のリング状マグネットの下面のＮ極にもプレートが設けられている。２つのリング状マグネットの中間に位置するプレートとセンターポールとの間に中央の磁気ギャップが形成され、上側のリング状マグネットの上面に位置するプレートとセンターポールとの間に上側の磁気ギャップが形成され、下側のリング状マグネットの下面に位置するプレートとセンターポールの間に下側の磁気ギャップが形成されている。振動板に振動力を与えるボイスコイルは、中央の磁気ギャップの内部を基準として上下に駆動される。

【0003】

特許文献２に記載されたスピーカは、リング状のメインマグネットの上にリング状のセンタープレートが固定され、センタープレートの上に同じくリング状のサブマグネットが重ねられている。メインマグネットとサブマグネットは上下逆向きに着磁され、メインマグネットとサブマグネットは、センタープレートに同じ極性の磁極が対面している。センタープレートとセンターポールとの間に磁気ギャップが形成され、サブマグネットの上に設けられたトッププレートとセンターポールとの間にも磁気ギャップが形成されている。ボイスコイルは、センタープレートとセンターポールとの間の磁気ギャップの内部を基準として上下に駆動される。また、図３と図４に示されたスピーカでは、ボイスコイルに、センタープレートとセンターポールとの間の磁気ギャップ内に位置する第１の巻線部分と、トッププレートおよびセンターポールよりもさらに上方に位置する第２の巻線部分とが設けられている。第１の巻線部分と第２の巻線部分とで電流の向きが同じである。このスピーカは、ボイスコイルが下向きに大きく動いたときに、第２の巻線部分がトッププレートとセンターポールとの間の磁気ギャップ内に至ることでボイスコイルに上向きに押し上げようとする駆動力が働き、これによりボイスコイルの底当たりを防止する、というものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－１９７１８９号公報

【特許文献2】特開平５－２２７５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

車載用音響装置などにおいては、低音を再生するためにサブウーハーが使用される。サブウーハーなどにおいて低音域の音を効果的に再生するには、大きな面積の振動板を駆動して効果的な音圧を発生させることが必要であり、そのためには、ボイスコイルに大きな駆動力を与えることが必要である。特許文献１および特許文献２に記載されたスピーカのように、２つのマグネットを使用し、中央の磁気ギャップに磁束を集中させる構造は、大きな面積の振動板を駆動し低音域を効果的に再生する手段として有効である。

【0006】

ただし、サブウーハーなどのスピーカで低音域の音を再生するときは、大きな面積の振動板を大きな振幅で動作させるために駆動力のリニアリティを確保することが必要となり、リニアリティが確保できていないと、低音域の再生に歪みなどが発生しやすくなる課題がある。特許文献１に記載されたスピーカでは、中央の磁気ギャップの磁束の横断方向に対し、上側の磁気ギャップおよび下側の磁気ギャップにおける磁束の横断方向が逆向きとなっている。そのため、振動板の振幅が大きくなって、ボイスコイルが上側の磁気ギャップまたは下側の磁気ギャップに接近しまたは入り込むと、これら磁気ギャップ内の逆向きの磁束によりボイスコイルに制動力が作用し、さらには逆向きの駆動力が作用することになる。これにより、振動板に作用する駆動力のリニアリティが損なわれ、低音域の再生音に歪みなどが発生しやすくなる。

【0007】

特許文献２に記載されたスピーカにおいても、ボイスコイルの第１の巻線部分がトッププレートとセンターポールとの間に形成された上側の磁気ギャップに接近しまたは入り込むと、ボイスコイルに制動力が作用するようになる。さらに第２の巻線部分が設けられた構造では、ボイスコイルが下側に駆動されると、第２の巻線部分に作用する電磁力により大きな制動力が作用し、低音域の再生音質にさらに悪影響を与えやすくなる。特許文献１と特許文献２に記載されたスピーカは、振動板の振幅が小さい中音域や高音域での音の再生には適しているかもしれないが、大きな面積の振動板を大きな振幅で駆動して低音域の音を再現するサブウーハーなどのスピーカには適したものではない。

【0008】

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、複数の磁気ギャップを有する磁気回路部を使用して磁気駆動力を効果的に発生できるようにし、また駆動力のリニアリティを確保して、歪みの少ない再生音を発生することができるスピーカを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、振動板およびボイスコイルを有する振動部と、前記ボイスコイルを横断する磁束を形成する磁気回路部と、前記振動部の移動を検知する検知部と、を有するスピーカにおいて、
前記磁気回路部に、ボイスコイルの振動方向に間隔を空けて配置された２つの磁石と、２つの前記磁石の中間に形成された主磁気ギャップと、少なくとも一方の前記磁石を挟んで前記主磁気ギャップと間隔を空けて形成された副磁気ギャップとが設けられ、
前記主磁気ギャップと前記副磁気ギャップとで、その内部を移動可能なボイスコイルを横断する磁束の向きが相反しており、
前記検知部によって前記ボイスコイルが前記主磁気ギャップから前記副磁気ギャップに向けて所定距離移動したことが検知されたときに、前記ボイスコイルに与えられる電流の向きを反転させる振動制御部が設けられていることを特徴とするものである。

【0010】

本発明のスピーカは、前記振動制御部に、前記電流の向きを反転させる反転部と、電流量を補正する補正部が含まれていることが好ましい。

【0011】

本発明のスピーカは、例えば前記ボイスコイルの振動方向での中心部が、前記主磁気ギャップと前記副ギャップとの中間位置に至ったときに、前記電流の向きを反転させるものである。

【0012】

さらに本発明は、振動板およびボイスコイルを有する振動部と、前記ボイスコイルを横断する磁束を形成する磁気回路部と、前記振動部の移動を検知する検知部と、を有するスピーカにおいて、
前記磁気回路部に、ボイスコイルの振動方向に間隔を空けて配置された２つの磁石と、２つの前記磁石の中間に形成された主磁気ギャップと、少なくとも一方の前記磁石を挟んで前記主磁気ギャップと間隔を空けて形成された副磁気ギャップとが設けられ、
前記主磁気ギャップと前記副磁気ギャップとで、その内部を移動可能なボイスコイルを横断する磁束の向きが相反しており、
前記検知部によって前記ボイスコイルが前記主磁気ギャップから前記副磁気ギャップに向けて所定距離移動したことが検知されたときに、前記ボイスコイルに与えられる電流を一時的に遮断しまたは減衰させる振動制御部が設けられていることを特徴とするものである。

【0013】

本発明のスピーカは、前記振動制御部に、電流量を補正する補正部が含まれていることが好ましい。

【0014】

本発明のスピーカは、例えば、前記ボイスコイルの振動方向での中心部が、前記主磁気ギャップと前記副ギャップとの中間位置に至ったときに、前記電流を一時的に遮断しまたは減衰させる遮断するものである。

【0015】

また、本発明のスピーカは、前記主磁気ギャップを挟んで振動方向の一方向に間隔を空けて形成された第１副磁気ギャップと、他方向に間隔を空けて形成された第２副磁気ギャップとを有し、前記第１副磁気ギャップと前記第２副磁気ギャップは、共に磁束の向きが前記主磁気ギャップと相反しており、
前記ボイスコイルが、前記主磁気ギャップから前記第１副磁気ギャップに向けて所定距離移動したときのみならず、前記主磁気ギャップから前記第２副磁気ギャップに向けて所定距離移動したときにも、前記振動制御部による制御が行われるものとして構成できる。

【発明の効果】

【0016】

本発明のスピーカは、磁気回路部に２つの磁石が設けられ、主磁気ギャップに２つの磁石で形成された磁束が集中するため、ボイスコイルを横断する磁束密度が高くなり、例えば低音用の大きな面積の振動板であっても大きな駆動力で振動させることが可能になる。また、振動板の振幅が大きくなって、ボイスコイルが副磁気ギャップに接近しまたは入り込んだときに、ボイスコイルに制動力が作用せず、むしろ本来の振動方向への力が補助的に作用するため、駆動力のリニアリティを維持でき、歪みの少ない再生音質を得ることができる。

【0017】

また、振動板の振幅が大きくなって、ボイスコイルが副磁気ギャップに接近しまたは入り込んだときに、ボイスコイルに流れる電流を減衰させまたは一時的に遮断することによって、ボイスコイルに制動力が作用するのを防止でき、これによっても、駆動力のリニアリティを維持でき、歪みの少ない再生音質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態のスピーカを示す断面図、

【図2】第１実施形態のスピーカの一部を拡大して示す部分拡大断面図、

【図3】検知部の構成を示す説明図、

【図4】第１実施形態のスピーカを含む回路ブロック図、

【図5】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、磁気回路部内でのボイスコイルの振動位置の変化を示す部分断面図、

【図6】第１実施形態のスピーカの振動制御を示すフローチャート、

【図7】ボイスコイルが、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示される振動を行っているときの、ボイスコイルの移動量と電流値との関係を示す線図、

【図8】ボイスコイルが、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示される振動を行っているときの、ボイスコイルの移動量と駆動力との関係を示す線図、

【図9】第１実施形態のスピーカの動作特性を示すものであり、周波数とボイスコイルの変位量との関係を示す線図、

【図10】第１実施形態のスピーカの周波数特性を示すものであり、周波数と発生する音圧との関係を示す線図、

【図11】本発明の第２実施形態のスピーカを示す回路ブロック図、

【図12】本発明の第３実施形態のスピーカを示す断面図、

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１と図１２に示されるスピーカは、５０Ｈｚ付近に共振周波数を有するサブウーハーであり、例えば車載用音響装置の一部を構成してバックシートの内部などに設けられる。ただし、本発明のスピーカは車載用以外の用途で使用することも可能である。本発明のスピーカは、面積の大きい振動板を低音域で大きな振幅で駆動するのに適している。ただし、本発明のスピーカは、中音域の発音用として使用することもでき、この場合に、磁気回路部での駆動効率がよいため、薄型で駆動力のリニアリティが良好のスピーカを構成することができる。図１と図１２などでは、Ｚ１－Ｚ２方向が上下方向で、ボイスコイルの振動方向である。Ｚ１方向が上方（または前方）でＺ２方向が下方（または後方）であり、Ｚ１方向とＺ２方向のいずれかが主な発音方向である。また、Ｘ１－Ｘ２方向は断面図で見たときの横方向である。図３では、上下方向（Ｚ１－Ｚ２方向）および横方向（Ｘ１－Ｘ２方向）の双方に直交する縦方向がＹ１－Ｙ２方向として示されている。

【0020】

図１に示される本発明の第１実施形態のスピーカ１は、フレーム２を有している。フレーム２は、非磁性材料または磁性材料で形成されており、下部フレーム２ａと上部フレーム２ｂとが組み合わされて構成されている。フレーム２は上方から見た形状が円形である。フレーム２の内部に振動板３が設けられている。振動板３は円錐状のいわゆるコーン形状である。振動板３の外周端３ａに弾性変形可能なエッジ部材４が接着剤により接合されている。エッジ部材４の外周端４ａは、下部フレーム２ａと上部フレーム２ｂとの間に挟まれて固定されている。下部フレーム２ａと上部フレーム２ｂは、エッジ部材４の外周端４ａを挟んだ状態で、ねじ止めなどで互いに固定されている。

【0021】

フレーム２の内部に円筒状のコイルボビン６が設けられている。振動板３の内周端３ｂはコイルボビン６の外周面に接着剤で固定されている。上部フレーム２ｂの上方の開口縁部２ｃに、断面がコルゲート形状の弾性変形可能なダンパー部材５の外周部５ａが接着剤により固定されている。ダンパー部材５の内周部５ｂは、接着剤によってコイルボビン６の外周面に固定されている。振動板３の中心部には、コイルボビン６の前方の開口部を覆うキャップ８が接着されて固定されている。コイルボビン６の下部の外周面にボイスコイル７が設けられている。ボイスコイル７を構成する被覆導線は、コイルボビン６の外周面において所定のターン数で巻かれている。

【0022】

振動板３とコイルボビン６およびボイスコイル７は、エッジ部材４とダンパー部材５の弾性変形により、フレーム２に対して上下方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に振動自在に支持されている。振動板３とキャップ８およびコイルボビン６とボイスコイル７が、フレーム２を含む駆動支持部に対して前後方向に振動する振動部を構成している。

【0023】

下部フレーム２ａの中央部に磁気回路部１０が接着やねじ止めなどの手段で固定されている。フレーム２と磁気回路部１０とで、前記振動部を振動自在に支持する駆動支持部が構成されている。

【0024】

磁気回路部１０は、ボイスコイル７を横断する磁束を形成するためのものである。磁気回路部１０には、円板形状の第１磁石１１と第２磁石１２とが、ボイスコイル７の振動方向（Ｚ１－Ｚ２方向）に間隔を空けて設けられている。磁気回路部１０はいわゆる内磁型であり、円板形状の２つの磁石１１，１２が、筒状のコイルボビン６の内側に設けられている。内磁型の磁気回路部１０は、コイルボビン６の外側に磁石が存在していないため、コイルボビン６の外周での突出部分が小さくなっている。そのため、上下方向に振動する振動板３が磁気回路部１０に当たりにくくなり、スピーカ１の上下方向の高さ寸法Ｈを低くしても振動板３の振幅を大きく確保することが可能となる。なお、本発明のスピーカは、コイルボビン６よりも外周側に磁石が設けられたいわゆる外磁型であってもよい。また、本発明の磁気回路部１０に、前記２つの磁石１１，１２の他に、さらに１個以上の磁石が設けられていてもよい。

【0025】

図２にも示されているように、磁気回路部１０は、第１磁石１１の上面１１ａと第２磁石１２の下面１２ａとの間に、中央プレート１３が挟まれている。さらに、第１磁石１１の下面１１ｂに下部プレート１４が重ねられ、第２磁石１２の上面１２ｂに上部プレート１５が重ねられている。中央プレート１３と下部プレート１４および上部プレート１５は、いずれも各磁石１１，１２よりも直径がやや大きい円板形状であり、鉄を主体とした磁性金属材料で形成されている。磁気回路部１０は、筒形状の外周ヨーク１６と、外周ヨーク１６の上方に重ねられたリング形状の上部ヨーク１７を有している。外周ヨーク１６と上部ヨーク１７は鉄を主体とした磁性金属材料で形成されている。磁気回路部１０の最下部には、非磁性材料で形成された支持部材１８が設けられ、下部プレート１４と外周ヨーク１６は、支持部材１８に固定されている。

【0026】

図２に拡大して示されているように、中央プレート１３の外周面と外周ヨーク１６の内周面との間に主磁気ギャップＧ１が形成されている。上部プレート１５の外周面と上部ヨーク１７の内周面との間に第１副磁気ギャップＧ２が形成され、下部プレート１４の外周面と外周ヨーク１６の内周面との間に第２副磁気ギャップＧ３が形成されている。主磁気ギャップＧ１と第１副磁気ギャップＧ２は、第２磁石１２を挟んでボイスコイル７の振動方向に間隔を空けて並んで位置しており、主磁気ギャップＧ１と第２副磁気ギャップＧ３は、第１磁石１１を挟んでボイスコイル７の振動方向に間隔を空けて並んで位置している。ボイスコイル７は、主磁気ギャップＧ１の内部を基準として上下に振動するものであり、この振動の際に、ボイスコイル７が第１副磁気ギャップＧ２および第２副磁気ギャップＧ３の内部に接近し、さらには内部を移動することもある。

【0027】

図２に示されるように、第１磁石１１は上面１１ａと下面１１ｂが逆の極性となるように着磁され、第２磁石１２も下面１２ａと上面１２ｂが逆の極性となるように着磁されている。第１磁石１１の上面１１ａと第２磁石１２の下面１２ａは同じ極性であり、第１磁石１１の下面１１ｂと第２磁石１２の上面１２ｂは同じ極性である。図２に示される実施形態では、上面１１ａと下面１２ａが共にＮ極で、下面１１ｂと上面１２ｂが共にＳ極である。図２には、磁気回路部１０の内部を流れる磁束の向きが示されている。中央プレート１３には、上下の２つの磁石１１，１２からの磁束が集中するため、中央プレート１３の外周面と外周ヨーク１６の内周面との間に形成されている主磁気ギャップＧ１を横断する磁場の磁束密度が高くなっている。また、下部プレート１４と上部プレート１５にも磁束が流れるため、上部プレート１５の外周面と上部ヨーク１７の内周面との間に形成された第１副磁気ギャップＧ２を磁束が横断し、下部プレート１４の外周面と外周ヨーク１６の内周面との間に形成された第２副磁気ギャップＧ３を磁束が横断する。副磁気ギャップＧ２，Ｇ３での磁束の横断方向は、主磁気ギャップＧ１での磁束の横断方向と逆向きである。

【0028】

スピーカ１には、振動部の移動を検知する検知部（振動検知部）２０が設けられている。図３に検知部２０の詳細が示されている。検知部２０は、振動部の一部であるコイルボビン６に固定された可動磁石２１と、駆動支持部の一部である磁気回路部１０に固定された磁気センサ２２とで構成されている。この検知部２０では、磁気回路部１０において、上部ヨーク１７から第１副磁気ギャップＧ２を横断して上部プレート１５に向かう磁束の漏れ成分が、固定磁束成分Φｘとして磁気センサ２２にＸ１方向へ作用する。可動磁石２１は、Ｎ極がＹ１方向へ向きＳ極がＹ２方向へ向くように着磁されており、磁気センサ２２には、可動磁石２１からの漏れ磁束である可動磁束成分ΦｙがＹ２方向に作用する。固定磁束成分Φｘの磁束密度は一定であるが、可動磁束成分Φｙの磁束密度は振動部の振動により変化する。可動磁石２１が磁気センサ２２に近づくと可動磁束成分Φｙの磁束密度が高くなり、可動磁石２１が磁気センサ２２から遠ざかると可動磁束成分Φｙの磁束密度が低下する。

【0029】

磁気センサ２２は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を有している。磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層を有するＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子である。固定磁性層は磁化の向きが固定されているが、フリー磁性層は外部から作用する磁場の向きに応じて磁化の向きが変化する。ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子は、ＭＲ効果により、固定磁性層で固定されている磁化の向きとフリー磁性層の磁化の向きとの相対角度の変化に応じて電気抵抗値が変化する。図３には、固定磁束成分Φｘに基づいて磁気センサ２２にＸ１方向へ作用する磁場Ｈｘと、可動磁束成分Φｙに基づいて磁気センサ２２にＹ２方向へ作用する磁場Ｈｙとが、共にベクトル量で示されている。磁気センサ２２の前記フリー磁性層の磁化は、磁場Ｈｘと磁場Ｈｙとの合成ベクトルである検知磁場Ｈｄの向きに追従する。そのため、磁気センサ２２の電気抵抗値から、合成ベクトルである検知磁場Ｈｄの角度θを知ることができる。これは磁場Ｈｘを基準とした磁場Ｈｙの大きさの変化を知ることと等価であり、磁気センサ２２の抵抗値の変化から、可動磁石２１の上下の位置の変化を知ることができる。

【0030】

なお、磁気センサ２２として、２個のホール素子を、その検知方向がＸ方向とＹ方向となるように配置してもよい。これによっても、磁場Ｈｘを基準として磁場Ｈｙの大きさの変化を測定することが可能である。また、振動部の振動の変化を検知する検知部２０として、光学方式など種々の手段を利用することができる。

【0031】

図４に、スピーカ１の動作を制御する振動制御部３０の構成が示されている。振動制御部３０は、メモリとＣＰＵを主体として構成されており、例えば予めインストールされたソフトウエアに基づいて処理が実行される。振動制御部３０は、オーディオアンプ４０内に組み込まれていてもよいし、または、オーディオアンプ４０などとは別に単独でスピーカ１のフレーム２の内部に設けられた回路基板に実装されていてもよい。

【0032】

振動制御部３０には、振動位置算出部３１として機能する領域がある。振動制御部３０にはセンサ検知回路３３が付随している。センサ検知回路３３で、前記磁気センサ２２の抵抗変化に基づく検知出力が生成されて、その検知出力が振動位置算出部３１に与えられる。記憶部３２として機能する領域には、個々のスピーカにおける主磁気ギャップＧ１および副磁気ギャップＧ２，Ｇ３での横断磁束の実測値の情報、ボイスコイル７のインダクタンスならびに副磁気ギャップＧ２，Ｇ３とボイスコイル７の相対位置などの測定値の情報、ならびにこれら各情報に基づいて、ボイスコイル７がどの位置に至ったときに、副磁気ギャップＧ２，Ｇ３からボイスコイル７にどの程度の制動力が与えられるかの情報などが記憶されている。反転位置算出部３４となる領域では、振動位置算出部３１で算出された可動磁石２１の位置と、記憶部３２に記憶されているそのスピーカの特性の情報とから、どの時点でボイスコイル７に与えられる電流を反転すべきかが算出される。振動制御部３０に出力調整部３５として機能する領域が設けられ、この領域に反転部３６と補正部３７が設けられている。出力調整部３５は、反転位置算出部３４からの算出値に基づいて動作する。オーディオアンプ４０から出力されるボイス電流は、出力調整部３５に与えられ、反転位置算出部３４からの算出値に基づくタイミングで電流の向きが反転させられる。反転部３６は、例えばボイス電流の向き（あるいは位相）を反転させるインバータである。補正部３７は、反転されたボイス電流の値（電流量）を補正するものであり、例えば反転したボイス電流が過大にならないように制御するリミッターである。

【0033】

次に、スピーカ１の発音動作を説明する。
図５（Ａ）は、ボイスコイル７の基準位置を示しており、通電が停止しているときボイスコイル７は基準位置にある。基準位置でのボイスコイル７は、上下方向の中心部Ｏｃが、主磁気ギャップＧ１の上下方向での中心に一致している。発音動作が開始されると、オーディオアンプ４０から出力されたオーディオ信号に基づいてボイスコイル７にボイス電流が与えられる。主磁気ギャップＧ１を横断する磁束とボイスコイル７に流れるボイス電流とで励起される電磁力により、ボイスコイル７とコイルボビン６および振動板３を含む振動部が上下方向（Ｚ１－Ｚ２方向）へ振動し、振動板３からＺ１方向とＺ２方向の空間にボイス電流の周波数に応じた音圧が与えられる。

【0034】

第１実施形態のスピーカ１は、５０Ｈｚ付近に共振周波数を有するサブウーハーである。サブウーハーは振動板３の面積が大きく、低音域を効果的に再生するためには振動板３を大きな振幅で駆動することが必要である。図２に示されるように、磁気回路部１０の中央プレート１３に、第１磁石１１から発せられる磁束と第２磁石１２から発せられる磁束が集中し、主磁気ギャップＧ１を横断する磁場の磁束密度が高くなっている。そのため、ボイスコイル７に与えられる駆動力も大きくなり、過大な磁気回路部１０を用いることなく、大きな面積の振動板３を効率よく振動させて低音域の再生出力を得ることが可能になる。

【0035】

図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）には、ボイスコイル７に作用する電磁力によってボイスコイル７が上方向（Ｚ１方向）へ移動するときの位置の変化が順番に示されている。ボイスコイル７が図５（Ｂ）の位置から図５（Ｃ）、（Ｄ）の位置へ向けて移動するにしたがって、第１副磁気ギャップＧ２を横断する逆向きの磁束がボイスコイル７に作用し始める。第１副磁気ギャップＧ２を横断する磁束の向きは、発音に寄与している主磁気ギャップＧ１を横断する磁束の向きと逆であるため、ボイスコイル７が図５（Ｂ）の位置から図５（Ｃ）、（Ｄ）の位置に至るにしたがって、振動部に下向き（Ｚ２方向）の反力が作用するようになる。ボイス電流によって駆動されている振動部に反力が作用すると、低音域の再生音に歪みが発生するなどし、発音品質が低下することになる。

【0036】

そこで、図４に示される振動制御部３０では、振動位置算出部３１で算出されるボイスコイル７の位置と、記憶部３２に記憶されているスピーカ１毎の固有の挙動情報とに基づいて、反転位置算出部３４でボイス電流の向きを反転させるタイミングが算出される。出力調整部３５は、反転位置算出部３４の算出値に基づいて動作し、オーディオアンプ４０から出力されるオーディオ信号に基づくボイス電流が、反転部３６で反転され、さらに必要に応じて補正部３７で補正される。例えば、図５（Ｃ）に示されるように、上方へ移動しているボイスコイル７の中心部Ｏｃが、主磁気ギャップＧ１と第１副磁気ギャップＧ２の中間位置に至ったときにボイス電流の向きが反転させられる。ボイスコイル７に、その向き（位相）が反転したボイス電流が与えられると、反転したボイス電流と第１副磁気ギャップＧ２を横断する磁束とで、振動部に対して本来の挙動方向と同じ向きの駆動力が作用する。これにより振動部に作用する駆動力のリニアリティを維持できるようになり、低音域の再生音に歪みが生じるのを抑制できるようになる。さらには、補正部３７で必要な補正を行うことで、振動部の動作を最適化できる。例えば、補正部３７をリミッターとして動作させることで、振動部に過大な加速度が作用するのを抑制できる。

【0037】

図６には、振動制御部３０による制御動作のフローチャートが示されている。図６は各処理ステップがＳＴで示されている。ＳＴ１（ステップ１）で低音域の再生が開始されると、振動制御部３０での処理動作が開始される。なお、図４に示されるオーディオアンプ４０で音源入力部から入力された音源の周波数を監視し、オーディオ信号に例えば数百Ｈｚ以下の所定の低音域の周波数の信号が含まれているときのみ振動制御部３０の処理動作が開始されるようにしてもよい。

【0038】

ＳＴ２では、反転位置算出部３４が振動位置算出部３１の算出値である振動位置情報を取得する。ＳＴ３では、振動位置情報に基づいて、ボイスコイル７が、主磁気ギャップＧ１から第１副磁気ギャップＧ２に向けて所定の出力切替え位置まで移動したか否かを判定する。ＳＴ３で、出力切替え位置へ移動したと判定されたらＳＴ４に移行し、ＳＴ４において反転部３６により出力反転処理を行い、さらに必要に応じて補正部３７で出力補正を行う。ＳＴ３において、ボイスコイル７が所定の出力切替え位置へ移動したと認識されていないときは、ＳＴ２の振動位置情報取得を継続する。出力反転処理が行われているときに、反転位置算出部３４では、ＳＴ５において、ボイスコイル７が下方へ移動して主磁気ギャップＧ１に向けて所定の切替え位置へ復帰したか否かが監視される。所定の切替え位置に復帰していないときは、出力反転処理を継続し、所定の切替え位置に復帰したと判定されたときには、ＳＴ６に移行して出力反転処理を解除する。なお、ＳＴ３での出力切替え位置とＳＴ５の出力切替え位置は、同じ位置であってもよいし、位置がずれていてもよい。

【0039】

図５と図６では、ボイスコイル７が主磁気ギャップＧ１から第１副磁気ギャップＧ２へ向けて移動するときの振動制御部３０の処理動作を説明したが、ボイスコイル７が下方向（Ｚ２方向）へ移動し、主磁気ギャップＧ１から第２副磁気ギャップＧ３へ向けて移動するときの振動制御部３０による処理動作も同じである。ボイスコイル７が、主磁気ギャップＧ１から第１副磁気ギャップＧ２へ向けて移動するときと、主磁気ギャップＧ１から第２副磁気ギャップＧ３へ向けて移動するときとで、ボイスコイル７に与えられるボイス電流は対称に制御される。

【0040】

図7に、電流制御の一例が示され、図８には、図７に示される電流制御を行ったときの駆動力のリニアリティの特性が示されている。図７と図８は、シミュレーション結果である。図７では、横軸にボイスコイル７の中心部Ｏｃが上方向へ移動するときの移動量（ｍｍ）が示され、縦軸にボイスコイル７に与えられる電流値（Ａ）が示されている。図８では、ボイスコイルの中心Ｏｃが上方向（Ｚ１方向）へ移動するときの移動量（正のｍｍ）と下方向（Ｚ２方向）へ移動するときの移動量（負のｍｍ）が示され、縦軸に、ボイスコイル７に作用する電流１Ａあたりの駆動力（Ｎ）の変化が絶対値で示されている。

【0041】

図７と図８の各線図では、ボイスコイル７が図５（Ａ）のときの移動位置が（ａ）で示され、ボイスコイル７が図５（Ｂ）のときの移動位置が（ｂ）で示され、ボイスコイル７が図５（Ｃ）のときの移動位置が（ｃ）で示され、ボイスコイル７が図５（Ｄ）のときの移動位置が（ｄ）で示されている。このシミュレーションでの電流制御は、ボイスコイル７の中心部Ｏｃが、図５（Ｃ）で示す位置であって主磁気ギャップＧ１から第１副磁気ギャップＧ２までの移動距離のちょうど半分の位置に移動したときに、図７の（ｃ）に示されるようにボイスコイル７に流れるボイス電流が一瞬ゼロとなる。その後、ボイスコイル７が図５（Ｃ）の位置から図５（Ｄ）の位置に移動する間に、図７の（ｃ）から（ｄ）で示されるように、ボイスコイル７に流れる電流の向きが反転させられる。図８において移動量ゼロから右側に示されているように、図７に示される電流の反転制御を行った結果、駆動力のリニアリティが確保されているシミュレーション結果が得られることが解る。

【0042】

図９と図１０には、主磁気ギャップＧ１と２つの副磁気ギャップＧ２，Ｇ３を有する実施形態のスピーカ１の動作特性のシミュレーション結果が示されている。図９は、横軸にボイス電流の周波数が示され、縦軸にボイスコイル７の移動量が示されている。変位量はゼロを起点として正側が上方（Ｚ１方向）への移動量（移動距離）であり、負側が下方（Ｚ２方向）への移動量（移動距離）である。図９では、実線が、振動制御部３０を動作させてボイス電流の向きを反転させる振動制御を行ったシミュレーション結果であり、破線は、図１と図２に示す構造のスピーカで振動制御部３０を設けず出力を反転させる制御を行わない比較例でのシミュレーション結果である。シミュレーションしたスピーカは、共振周波数が５０Ｈｚである。図９に示す線図から、電流の反転処理を行わない比較例に対し、電流の向きを反転させた実施形態では、低音域で振動部に制動力が作用せず、大きな振幅で動作していることを確認できる。

【0043】

図１０は、図９のシミュレーションで使用した同じスピーカの周波数特性を示すものであり、横軸に周波数が示され、縦軸は音圧（ｄＢ）を示している。図１０では、実施形態のスピーカ１の特性が実線で示され、振動制御部３０を伴わない比較例の特性が破線で示されている。図１０のシミュレーション結果から、共振周波数である５０Ｈｚ付近で振動部に制動力が作用しておらず、周波数特性が向上していることを確認できる。

【0044】

図１１に、本発明の第２実施形態が示されている。第２実施形態のスピーカは、磁気回路部１０の構造が図１と図２に示されたものと同じであるが、図４に示したのと異なる振動制御部１３０が使用されている。図１１に示される振動制御部１３０は、図４に示された反転部３６の代わりに一時遮断部または減衰部１３６として機能する領域を有している。また、図４に示された反転位置算出部３４の代わりに一時遮断または減衰位置算出部１３４として機能する領域を有している。

【0045】

図１１に示される振動制御部１３０では、振動位置算出部３１で算出されるボイスコイル７の位置と、記憶部３２に記憶されているスピーカ１毎の固有の挙動情報とに基づいて、一時遮断または減衰位置算出部１３４において、ボイス電流を一時遮断または減衰させるタイミングが算出される。一時遮断部または減衰部１３６は、一時遮断または減衰位置算出部１３４での算出値に基づいて、例えば、図５（Ｃ）に示されるようにボイスコイル７の中心Ｏｃが主磁気ギャップＧ１と副磁気ギャップＧ２（または副磁気ギャップＧ３）との中間位置に至ったときに、オーディオアンプ４０から出力されるオーディオ信号に基づくボイス電流を一時的に遮断しまたは減衰させる。ボイス電流を一時的に遮断しまたは減衰させることで、図５（Ｃ）から図５（Ｄ）に示されるように、ボイスコイル７が副磁気ギャップＧ２またはＧ３に接近しまたは入り込んだときに、副磁気ギャップＧ２またはＧ３での逆向きの磁束によってボイスコイル７に作用する制動力を無くし、または低減させることができる。

【0046】

図１１に示される振動制御部１３０においても、ボイスコイル７が図５（Ｄ）に示す位置から図５（Ｃ）に示す位置に復帰したときに、あるいはその付近に復帰したときに、一時遮断部または減衰部１３６の動作を停止し、オーディオアンプ４０から送られるボイス電流を正常な電流量に復活させる。また、図１１に示される出力調整部１３５にもリミッターなどの補正部１３７が設けられ、ボイスコイル７の動作が補正される。図１１に示される振動制御部１３０を用いた振動制御においても、低音域において振動板３を大きな振幅で動作させることができ、発音の歪みなどの発生を抑制できる。

【0047】

なお、本発明では、ボイスコイル７が図５（Ｂ）の位置と図５（Ｃ）の位置の中間、または図５（Ｃ）の位置と図５（Ｄ）の位置の中間に至ったときに、ボイス電流の向きを反転させまたは一時的に遮断しあるいは減衰させてもよいし、図５（Ｄ）に示されるように、ボイスコイル７が副磁気ギャップＧ２内に入り始めたときあるいは入ったときに、ボイス電流の向きを反転させまたは一時的に遮断しあるいは減衰させてもよい。

【0048】

図１２に本発明の第３実施形態のスピーカ１０１が示されている。スピーカ１０１の下部フレーム２ａに磁気回路部１１０が固定されている。磁気回路部１１０は、磁性金属材料で形成された凹形状の外周ヨーク１１６の中心部に、第１磁石１１、中央プレート１３、第２磁石１２、上部プレート１５の順に重ねて固定されている。中央プレート１３と外周ヨーク１１６との間に主磁気ギャップＧ１が形成され、上部プレート１５と上部ヨーク１７との間に１つの副磁気ギャップＧ２が設けられている。

【0049】

図１２に示されるスピーカ１０１には、図４に示される振動制御部３０または図１１に示される振動制御部１３０が付随して設けられている。図１２では、ボイスコイル７が主磁気ギャップＧ１から上方（Ｚ１方向）に移動して、副磁気ギャップＧ２に接近しまたは副磁気ギャップＧ２に入り込んだときに、ボイス電流の向きが反転されまたはボイス電流が一時的に遮断されあるいは減衰させられる。図１２に示されるスピーカ１０１では、主磁気ギャップＧ１の上方にのみ副磁気ギャップＧ２が設けられているため、ボイスコイル７が上方へ移動するときにのみ副磁気ギャップＧ２の影響を受けることになる。しかし、ボイスコイル７が上方へ移動するときに、図４または図１１に示される振動制御部でボイス電流を制御することで、副磁気ギャップＧ２の横断磁束でボイスコイル７に制動力が作用するのを抑制でき、ボイスコイル７が主磁気ギャップＧ１内の位置を基準として上方向へ振動したときと下方向へ振動したときとで動作の対称性を維持でき、これによっても再生音質を向上させることができる。

【符号の説明】

【0050】

１，１０１， スピーカ
２ フレーム
３ 振動板
６ コイルボビン
７ ボイスコイル
１０，１１０ 磁気回路部
１１ 第１磁石
１２ 第２磁石
１３ 中央プレート
１４ 下部プレート
１５ 上部プレート
１６ 外周ヨーク
１７ 上部ヨーク
２０ 検知部
２１ 可動磁石
２２ 磁気センサ
３０，１３０ 振動制御部
３１ 振動位置算出部
３２ 記憶部
３４ 反転位置算出部
３６ 反転部
３７ 補正部
４０ オーディオアンプ
１３４ 一時遮断または減衰位置算出部
１３６ 一時遮断部または減衰部
Ｇ１ 主磁気ギャップ
Ｇ２ 第１副磁気ギャップ
Ｇ３ 第２副磁気ギャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】