JP3835649B2

JP3835649B2 - Speaker device

Info

Publication number: JP3835649B2
Application number: JP09156598A
Authority: JP
Inventors: 芳雄大橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2018-04-03
Also published as: JPH11289596A; KR20010013266A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、周波数が２０ｋＨｚ以上の帯域の音響信号を再生できるスピーカ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的なスピーカ装置は、図５に示すような構成とされている。これは、ダイナミック型スピーカと呼ばれているもので、このスピーカ装置の磁気回路は、ドーナツ形状のマグネット１と、鉄などの磁性材料からなる第１および第２の磁気ヨーク２、３と、空隙（ギャップ）４とを含んで構成される。第１の磁気ヨーク２は、円柱状のポールピース２ａと、このセンターポール部２ａに対して直交する円板状のフランジ部２ｂとからなっている。第２の磁気ヨーク３はプレートと呼ばれるもので、その内径が、ポールピース２ａの外周径よりも、空隙４の分だけ大きい径とされたドーナツ形状とされている。
【０００３】
そして、マグネット１の内周中空部およびプレート３の内周中空部内に、ポールピース２ａが挿入される状態で、第１の磁気ヨーク２のフランジ部２ｂの前面と、プレート３とにより、マグネット１が挟まれて取り付けられている。フランジ部２ｂの前面およびプレート３の面と、マグネット１との接触部は接着されている。
【０００４】
そして、非導電体で構成されるボイスコイルボビン５に巻回されたボイスコイル６が、プレート３とポールピース２ａとの間の空隙４内に位置するように、配される。また、ボイスコイルボビン５には、音響振動板７、例えばコーン紙が接着されて取り付けられている。音響振動板７は、そのエッジ部において、スピーカフレーム８に、取り付けられて固定されている。ボイスコイル６からは、信号入力線（リード線）９が導出される。
【０００５】
この図５のスピーカ装置においては、ボイスコイル６に音響信号による電流Ｉが流れることにより、磁気空隙４の磁束Ｂとの相互作用によって、音響振動板７を振動させる駆動力Ｆが生じる。この駆動力Ｆは、
Ｆ＝Ｂ×Ｉ×Ｄ …（式３）
と表すことができる。ここで、Ｄは、磁界中のボイスコイル６の長さである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、レコーディング技術や、記録媒体の進歩も相俟って、今まで、あまり問題にされなかった人間の耳の可聴周波数帯域以上である２０ｋＨｚ以上の音響成分により、聴感上の再生音響出力に影響が生じることが判明し、収音特性が、１００ｋＨｚもの広帯域のマイクロホンも登場してきている。
【０００７】
そこで、これに対応して、スピーカ装置も、可聴周波数帯域以上である２０ｋＨｚ以上の音響成分も、良好に再生するようにするものが要望されている。
【０００８】
ところで、上述した図５の従来の代表的なスピーカ装置の場合、ボイスコイル６は、直流抵抗Ｒ１とともにインダクタンス成分Ｌ１を持つために、スピーカ装置の入力インピーダンスＺinは、共振周波数ｆ０以上では、
Ｚin＝Ｒ１＋ｊ・２・π・ｆ・Ｌ１ …（式４）
と表すことができる。
【０００９】
この（式４）からは、周波数ｆの増加とともに、入力インピーダンスＺinが大きくなることが分かる。このことから、周波数が高くなるとボイスコイル６を流れる電流Ｉが減少し、図５の構成のスピーカ装置では、駆動力Ｆが減少することになる。このため、図５の構成のスピーカ装置は、可聴周波数帯域以上である２０ｋＨｚ以上の音響成分の再生には不適であった。
【００１０】
この発明は、以上の点にかんがみ、周波数が２０ｋＨｚ以上の音響成分を、良好に再生可能なスピーカ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明によるスピーカ装置は、
磁気回路中の空隙の近傍に設けられ、入力音声信号に応じた電流が供給される１次コイルと、
前記空隙内に配されて、前記１次コイルに流れる電流に応じた電流が誘起される２次コイルと、
前記２次コイルに誘起される電流と前記空隙内の磁束との相互作用により前記２次コイルが振動することにより振動する振動板と、
を備え、
前記１次コイルの直流抵抗値をＲ１、インダクタンスをＬ１、巻き数をＮとし、前記２次コイルの直流抵抗値をＲ２とするとともに、前記１次コイルと前記２次コイルの結合係数ｋとしたとき、それらの定数の関係が、前記（式１）を満足するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
この請求項１の発明によれば、音響振動板の駆動方法として、電磁誘導方式が用いられ、前記（式１）を満足するように、前記各定数の関係が定められることにより、入力インピーダンスのインダクタンス成分は低下し、高い周波数域まで所定の電流を流すことが可能となり、２０ｋＨｚ以上の高周波数帯域においても所定の駆動力を得ることができる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１のスピーカ装置において、
再生希望帯域の高域側の周波数ｆにおいて、前記各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２，ｋが、前記（式２）を満足することを特徴とする。
【００１４】
この請求項２の発明においては、前記（式２）を満足するように各定数が定められることにより、再生希望周波数ｆにおける誘導電流の大きさが、最大電流の−１０ｄＢ以内にすることができ、２０ｋＨｚ以上の高周波数帯域においても所定の必要な駆動力を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明によるスピーカ装置の実施の形態について、図を参照しながら説明する。この発明においては、音響振動板の駆動方式として電磁誘導方式を用いる。
【００１６】
図１は、この実施の形態の電磁誘導方式のスピーカ装置の構造を示すものである。この例のスピーカ装置においても、磁気回路は、図５の例のスピーカ装置と同様に構成され、円柱状のポールピース１２ａと円板状のフランジ部１２ｂとを備える第１のヨーク１２と、第２のヨークを構成するドーナツ形状のプレート１３と、第１のヨーク１２のフランジ部１２ｂとプレート１３との間に配されるドーナツ形状のマグネット１１と、プレート１３とポールピース１２ａとの間の空隙１４により磁気回路が構成される。
【００１７】
そして、空隙１４を挟んで互いに対向するポールピース１２ａの外周面部と、プレート１３の内周面部との、どちらか一方あるいは双方に、励磁用１次コイルとしての駆動コイルを配する。この実施例では、ポールピース１２ａの外周面部に励磁用１次コイル１５を配する。この１次コイル１５を配するため、ポールピース１２ａの頂部近傍に、１次コイル１５の巻幅分の長さの小径部を設けるようにしても良い。
【００１８】
１次コイル１５から導出された信号入力線（リード線）１６は、第１の磁気ヨーク１２のフランジ部１２ｂに設けられた貫通孔１７を通って、フランジ部１２ｂの裏側にまで延長される。
【００１９】
そして、この実施の形態においては、空隙１４の中に、１次コイル１５と電磁結合するショートコイルからなる２次コイル１８が挿入される。この例の場合、２次コイル１８は、非磁性で、かつ導電性の材料、例えばアルミニウムの筒状リングにより、１ターンのショートコイルとして構成される。そして、この２次コイル１８を構成するアルミニウムからなる導電性１ターンリングは、ボビン１９に接着固定される。ボビン１９は、非磁性、かつ非導電性の材料、例えば厚紙により構成される。
【００２０】
２次コイル１８の幅（１ターンリングの高さに相当）は、空隙１４の振動方向の長さよりも、この２次コイル１８の振動の振幅分だけ長くしただけの長さとして、必要最小限の長さにされる。
【００２１】
そして、ボビン１９には、音響振動板２０、例えばコーン紙が取り付けられる。音響振動板２０は、可撓性のエッジ（図示せず）を介して、スピーカフレーム２１に取り付けられている。
【００２２】
以上のような構成の電磁誘導方式のスピーカ装置において、励磁用１次コイル１５に信号電流を流すと、この１次コイルに対向して配置された２次コイル１８の１ターンリングに誘導電流が流れる。この２次コイル１８に流れる誘導電流Ｉと、空隙１４中の磁束密度Ｂとから、２次コイル１８をそのリングの高さ方向に駆動する駆動力Ｆが生じ、これにより、音響振動板２０が信号電流に応じて振動する。
【００２３】
この場合に、２次コイル１８としての１ターンリングの長さ（リングの円周の長さ）をＬとすると、駆動力Ｆは、
Ｆ＝Ｂ×Ｉ×Ｌ …（式５）
と表される。
【００２４】
そして、この実施の形態では、１次コイル１５の、直流抵抗値をＲ１、インダクタンスをＬ１、巻き数をＮとし、２次コイル１８の直流抵抗値をＲ２とし、また、１次コイル１５と２次コイル１８の結合係数をｋとすると、以下の（式６）の関係を満足するように、各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｒ２，ｋが選定される。
【００２５】
Ｎ×（Ｒ１×Ｒ２）^1/2／（２π×Ｌ１×（１−ｋ²）^1/2）≧２００００……（式６）
また、次の（式７）を満足するように、各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｒ２，ｋが選定される。
【００２６】

このように各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｒ２，ｋを選定したことにより、２０ｋＨｚ以上の高周波数帯域においても、一定の電流を流すことが可能となり、必要な駆動力を得ることが可能となる。特に、式７を満足するように、各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｒ２，ｋを設定することにより、希望する高周波数における誘導電流の減少値を最大誘導電流の値に対して、１０ｄＢ以内に抑えることができる。以下、このことについて、さらに説明する。
【００２７】
上述した電磁誘導方式のスピーカ装置の電磁誘導部の電気的等価回路は、図２に示すように表すことができる。この図２において、前述したように、Ｒ１，Ｌ１は、それぞれ励磁用１次コイル１５の直流抵抗値、インダクタンスであり、また、Ｒ２，Ｌ２は、それぞれ２次コイル１８の直流抵抗値、インダクタンスである。そして、Ｍは相互誘導インダクタンス、Ｚinはスピーカ装置の入力インピーダンスである。
【００２８】
この図２の等価回路から、スピーカ装置の入力インピーダンスＺinを求めると、
Ｚin＝（Ｒ１＋Ａ²×Ｒ２）＋ｊω（Ｌ１−Ａ²×Ｌ２） ……（式８）
ただし、
Ａ²＝ω²×Ｍ²／（ω²×Ｌ２²＋Ｒ２²）
Ｍ²＝ｋ²×Ｌ１×Ｌ２
となる。なお、ωは角周波数である。
【００２９】
周波数ｆが高い場合を考えると、
Ａ²＝Ｍ²／Ｌ２²＝ｋ²×Ｌ１／Ｌ２
となるので、前記（式８）は、
Ｚin＝（Ｒ１＋ｋ²×Ｒ２×Ｌ１／Ｌ２）＋ｊωＬ１（１−ｋ²）…（式９）
と表される。
【００３０】
また、励磁用１次コイル１５のみの場合の入力インピーダンスＺinは、
Ｚin＝Ｒ１＋ｊωＬ１ …（式１０）
となる。
【００３１】
上記（式９）と、（式１０）とを比較すると、高周波数域においては、２次コイル１８を取り付けることにより、インダクタンス成分が結合係数ｋによって低下することが分かる。特に、結合係数ｋがｋ＝１では、高周波数域ではインダクタンス成分が非常に小さくなり、入力インピーダンスが周波数に対して一定となることが分かる。
【００３２】
このように、励磁用１次コイル１５のインダクタンス成分を小さくしなくても、入力インピーダンスＺinのインダクタンス成分が小さくなることから、２０ｋＨｚ以上の高周波数域において、一定の電流を流すことが可能であり、一定の駆動力を得ることが可能となる。
【００３３】
今、この電磁誘導方式のスピーカ装置を定電圧駆動した場合、駆動力として働く２次コイル１８としての１ターンリングに流れる誘導電流の周波数特性は次のようになる。
【００３４】
すなわち、駆動電圧をＶ１、２次コイル１８の誘導電流をＩ２とすると、駆動電圧Ｖ１に対する誘導電流Ｉ２の周波数特性は、

と表すことができる。
【００３５】
（式１１）から、誘導電流Ｉ２が最大になる周波数ｆ０は、
ｆ０＝Ｎ×（Ｒ１×Ｒ２）^1/2／｛２π×Ｌ１×（１−ｋ²）^1/2｝……（式１２）
となる。前記（式６）を満足することは、
ｆ０≧２００００
となり、２０ｋＨｚ以上の高周波数域において、誘導電流を最大にすることができることを意味している。
【００３６】
そして、前記（式７）を満足することにより、２０ｋＨｚ以上の高周波数域の希望の周波数ｆにおける誘導電流の減少値を、最大電流の値に対して１０ｄＢ以内にすることができる。
【００３７】
［実施例］
上述のような構成のスピーカ装置の励磁用１次コイル１５および２次コイル１８の具体的な実施例について、説明する。
【００３８】
この実施例では、励磁用１次コイル１５および２次コイル１８としての１ターンリングの寸法および特性は、以下の通りとした。
【００３９】
励磁用１次コイル１５は、
直径：１３ｍｍ、巻き幅：２．６ｍｍ、巻き層数：２、総巻き数（Ｎ）：３３、直流抵抗（Ｒ１）：３．２２Ω、インダクタンス（Ｌ１）：３４．５μＨ
とした。
【００４０】
２次コイル１８（１ターンリング）は、
直径（内径）：１３．３６ｍｍ、幅：３．０ｍｍ、厚さ：０．２ｍｍ、材質：アルミニウム、直流抵抗（Ｒ２）：０．００２０７Ω、インダクタンス（Ｌ２）：０．０３２μＨ
とした。
【００４１】
この場合、インダクタンスＬ２は、ほぼＬ１／Ｎ²に等しい値になる。
【００４２】
この実施例のスピーカ装置の入力インピーダンスの周波数特性の測定結果例を図３に示す。この図３において、「・」印のポイントは、２次コイル１８が無い場合の入力インピーダンスの周波数特性の測定例を示している。また、「＋」印のポイントは、２次コイル１８を取り付けた場合の入力インピーダンスの周波数特性の測定例を示している。
【００４３】
この測定値から分かるように、電磁誘導型スピーカ装置の入力インピーダンスのインダクタンス成分は顕著に小さくなるものである。上記の各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２の値を、前記（式６）（（式１）と同じ）の左辺に代入すると、その値は、２２９０７となり、（式６）を満足する。なお、結合係数ｋの値は、測定結果から、ｋ＝０．８４である。
【００４４】
そして、これらの各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２，ｋの値を、前記（式２）の左辺に代入すると、その値は、０．６７となり、（式７）（（式２）と同じ）の関係も満足するものとなる。
【００４５】
次に、前記各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２の値と、前記（式１２）から、誘導電流の相対値の周波数特性を計算した例を図４に示す。前述したように、結合係数ｋ＝０．８４であるこの実施例では、１００ｋＨｚにおける誘導電流の減少は２０ｋＨｚでの値に対して３．５ｄＢの減少になる。
【００４６】
他の例として、結合係数ｋ＝１．０にすると、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまで一定の駆動電流（誘導電流）を２次コイルに流すことが可能になる。また、結合係数ｋ＝０．７４の場合には、１００ｋＨｚにおける誘導電流の減少は２０ｋＨｚでの値に対して６ｄＢの減少になる。
【００４７】
以上のようにして、各定数Ｒ１，Ｌ１，Ｎ，Ｒ２，ｋの値を、（式６）（（式１）と同じ）、（式７）（（式２）と同じ）を満足するように、それぞれ設定することにより、２０ｋＨｚ以上の、希望する高周波数まで誘導電流の減少を１０ｄＢ以内にすることが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、２０ｋＨｚ以上の高周波数域においても、駆動電流（誘導電流）の減少が非常に小さい、したがって、駆動力低下が非常に小さいスピーカ装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるスピーカ装置の実施の形態の構造例を示す図である。
【図２】実施の形態のスピーカ装置の電磁誘導部の電気的等価回路図である。
【図３】実施の形態のスピーカ装置の入力インピーダンスの測定例を示す図である。
【図４】実施の形態のスピーカ装置の誘導電流の周波数特性を示す図である。
【図５】従来のダイナミック型スピーカ装置の構造例を示す図である。
【符号の説明】
１１…マグネット、１２…第１のヨーク、１２ａ…ポールピース、１３…プレート、１４…空隙、１５…励磁用１次コイル、１６…リード線、１８…２次コイル、１９…ボビン、２０…音響振動板、２１…スピーカフレーム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a speaker device capable of reproducing an acoustic signal having a frequency band of 20 kHz or higher.
[0002]
[Prior art]
A conventional typical speaker device has a configuration as shown in FIG. This is called a dynamic speaker, and the magnetic circuit of this speaker device includes a doughnut-shaped magnet 1, first and second

magnetic yokes

2 and 3 made of a magnetic material such as iron, and a gap. (Gap) 4. The first magnetic yoke 2 includes a columnar pole piece 2a and a disk-shaped flange portion 2b orthogonal to the center pole portion 2a. The second magnetic yoke 3 is called a plate and has a donut shape whose inner diameter is larger than the outer diameter of the pole piece 2a by the gap 4.
[0003]
Then, in a state where the pole piece 2 a is inserted into the inner peripheral hollow portion of the magnet 1 and the inner peripheral hollow portion of the plate 3, the magnet 1 is formed by the front surface of the flange portion 2 b of the first magnetic yoke 2 and the plate 3. Is sandwiched and attached. The contact portion between the front surface of the flange portion 2b and the surface of the plate 3 and the magnet 1 is bonded.
[0004]
Then, the voice coil 6 wound around the voice coil bobbin 5 made of a non-conductive material is disposed so as to be positioned in the gap 4 between the plate 3 and the pole piece 2a. The voice coil bobbin 5 is attached with an acoustic diaphragm 7, for example, cone paper. The acoustic diaphragm 7 is attached and fixed to the speaker frame 8 at the edge portion. A signal input line (lead wire) 9 is led out from the voice coil 6.
[0005]
In the speaker device of FIG. 5, when a current I due to an acoustic signal flows through the voice coil 6, a driving force F that vibrates the acoustic diaphragm 7 is generated by interaction with the magnetic flux B of the magnetic gap 4. This driving force F is
F = B × I × D (Formula 3)
It can be expressed as. Here, D is the length of the voice coil 6 in the magnetic field.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, recently with the progress of recording technology and recording media, the acoustic output of 20 kHz or higher, which is higher than the audible frequency band of the human ear, which has not been a problem so far, has been reproduced in terms of audibility. As a result, it has been found that a broadband microphone having a sound pickup characteristic of 100 kHz has appeared.
[0007]
Accordingly, in response to this, there is a demand for a speaker device that can satisfactorily reproduce an acoustic component of 20 kHz or higher, which is higher than the audible frequency band.
[0008]
By the way, in the case of the conventional representative speaker device of FIG. 5 described above, the voice coil 6 has the inductance component L1 together with the DC resistance R1, so that the input impedance Zin of the speaker device is greater than or equal to the resonance frequency f0.
Zin = R1 + j · 2 · π · f · L1 (Formula 4)
It can be expressed as.
[0009]
From (Equation 4), it can be seen that the input impedance Zin increases as the frequency f increases. For this reason, as the frequency increases, the current I flowing through the voice coil 6 decreases, and the driving force F decreases in the speaker device having the configuration shown in FIG. For this reason, the speaker device having the configuration shown in FIG. 5 is not suitable for reproducing an acoustic component of 20 kHz or higher, which is higher than the audible frequency band.
[0010]
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a speaker device that can satisfactorily reproduce an acoustic component having a frequency of 20 kHz or more.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a speaker device according to the present invention provides:
A primary coil provided in the vicinity of the air gap in the magnetic circuit and supplied with a current corresponding to the input audio signal;
A secondary coil that is arranged in the gap and in which a current corresponding to a current flowing through the primary coil is induced;
A diaphragm that vibrates when the secondary coil vibrates due to the interaction between the current induced in the secondary coil and the magnetic flux in the gap;
With
The DC resistance value of the primary coil is R1, the inductance is L1, the number of turns is N, the DC resistance value of the secondary coil is R2, and the coupling coefficient k between the primary coil and the secondary coil is In this case, the relationship between these constants satisfies the above (Formula 1).
[0012]
According to the first aspect of the present invention, an electromagnetic induction method is used as the driving method of the acoustic diaphragm, and the relationship between the constants is determined so as to satisfy the (Equation 1). The inductance component decreases, and a predetermined current can flow to a high frequency range, and a predetermined driving force can be obtained even in a high frequency range of 20 kHz or higher.
[0013]
The invention of claim 2 is the speaker device of claim 1,
The constants R1, L1, N, R2, and k satisfy the above (Formula 2) at the frequency f on the high frequency side of the desired reproduction band.
[0014]
In the second aspect of the invention, the constants are determined so as to satisfy the above (Equation 2), so that the magnitude of the induced current at the desired reproduction frequency f can be within -10 dB of the maximum current. A predetermined required driving force can be obtained even in a high frequency band of 20 kHz or higher.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a speaker device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, an electromagnetic induction method is used as a driving method of the acoustic diaphragm.
[0016]
FIG. 1 shows the structure of an electromagnetic induction type speaker device according to this embodiment. Also in the speaker device of this example, the magnetic circuit is configured similarly to the speaker device of the example of FIG. 5, and includes a first yoke 12 including a columnar pole piece 12a and a disk-shaped flange portion 12b, The donut-shaped plate 13 constituting the two yokes, the donut-shaped magnet 11 disposed between the flange portion 12b of the first yoke 12 and the plate 13, and the gap between the plate 13 and the pole piece 12a 14 constitutes a magnetic circuit.
[0017]
Then, a drive coil as a primary coil for excitation is arranged on one or both of the outer peripheral surface portion of the pole piece 12a and the inner peripheral surface portion of the plate 13 facing each other with the gap 14 therebetween. In this embodiment, the exciting primary coil 15 is disposed on the outer peripheral surface of the pole piece 12a. In order to arrange the primary coil 15, a small diameter portion having a length corresponding to the winding width of the primary coil 15 may be provided in the vicinity of the top of the pole piece 12a.
[0018]
The signal input line (lead wire) 16 led out from the primary coil 15 extends through the through hole 17 provided in the flange portion 12b of the first magnetic yoke 12 to the back side of the flange portion 12b.
[0019]
In this embodiment, a secondary coil 18 composed of a short coil electromagnetically coupled to the primary coil 15 is inserted into the gap 14. In the case of this example, the secondary coil 18 is configured as a one-turn short coil by a non-magnetic and conductive material, for example, an aluminum cylindrical ring. The conductive one turn ring made of aluminum constituting the secondary coil 18 is bonded and fixed to the bobbin 19. The bobbin 19 is made of a nonmagnetic and nonconductive material such as cardboard.
[0020]
The width of the secondary coil 18 (corresponding to the height of one turn ring) is the minimum necessary length that is longer than the length of the air gap 14 in the vibration direction by the vibration amplitude of the secondary coil 18. Of length.
[0021]
The bobbin 19 is attached with an acoustic diaphragm 20, for example, cone paper. The acoustic diaphragm 20 is attached to the speaker frame 21 via a flexible edge (not shown).
[0022]
In the electromagnetic induction type speaker device having the above configuration, when a signal current is passed through the primary coil 15 for excitation, an induced current is generated in one turn ring of the secondary coil 18 disposed to face the primary coil. Flowing. A driving force F that drives the secondary coil 18 in the height direction of the ring is generated from the induced current I flowing through the secondary coil 18 and the magnetic flux density B in the air gap 14. Vibrates according to the signal current.
[0023]
In this case, if the length of the one-turn ring as the secondary coil 18 (the circumference of the ring) is L, the driving force F is
F = B × I × L (Formula 5)
It is expressed.
[0024]
In this embodiment, the DC resistance value of the primary coil 15 is R1, the inductance is L1, the number of turns is N, the DC resistance value of the secondary coil 18 is R2, and the

primary coils

15 and 2 When the coupling coefficient of the next coil 18 is k, the constants R1, L1, R2, and k are selected so as to satisfy the following relationship (Equation 6).
[0025]
N × (R1 × R2) ^1/2 / (2π × L1 × (1-k ² ) ^1/2 ) ≧ 20000 (Formula 6)
Each constant R1, L1, R2, k is selected so as to satisfy the following (Expression 7).
[0026]

By selecting the constants R1, L1, R2, and k in this way, a constant current can flow even in a high frequency band of 20 kHz or higher, and a necessary driving force can be obtained. In particular, by setting the constants R1, L1, R2, and k so as to satisfy Equation 7, the reduction value of the induced current at a desired high frequency is suppressed to within 10 dB with respect to the maximum induced current value. Can do. This will be further described below.
[0027]
The electrical equivalent circuit of the electromagnetic induction part of the electromagnetic induction type speaker device described above can be expressed as shown in FIG. In FIG. 2, as described above, R1 and L1 are the DC resistance value and inductance of the primary coil 15 for excitation, respectively, and R2 and L2 are the DC resistance value and inductance of the secondary coil 18, respectively. is there. M is a mutual induction inductance, and Zin is an input impedance of the speaker device.
[0028]
When the input impedance Zin of the speaker device is obtained from the equivalent circuit of FIG.
Zin = (R1 + A ² × R2) + jω (L1−A ² × L2) (Equation 8)
However,
A ² = ω ² × M ² / (ω ² × L2 ² + R2 ² )
M ² = k ² × L1 × L2
It becomes. Note that ω is an angular frequency.
[0029]
Considering the case where the frequency f is high,
A ² = M ² / L2 ² = k ² × L1 / L2
Therefore, (Formula 8) is
Zin = (R1 + k ² × R2 × L1 / L2) + jωL1 (1-k ² ) (Equation 9)
It is expressed.
[0030]
Also, the input impedance Zin when only the exciting primary coil 15 is
Zin = R1 + jωL1 (Expression 10)
It becomes.
[0031]
Comparing the above (Equation 9) and (Equation 10), it can be seen that the inductance component is reduced by the coupling coefficient k by attaching the secondary coil 18 in the high frequency range. In particular, when the coupling coefficient k is k = 1, the inductance component becomes very small in the high frequency range, and the input impedance becomes constant with respect to the frequency.
[0032]
Thus, even if the inductance component of the exciting primary coil 15 is not reduced, the inductance component of the input impedance Zin is reduced, so that a constant current can flow in a high frequency range of 20 kHz or higher. It becomes possible to obtain a constant driving force.
[0033]
Now, when this electromagnetic induction type speaker device is driven at a constant voltage, the frequency characteristics of the induced current flowing in one turn ring as the secondary coil 18 acting as a driving force are as follows.
[0034]
That is, when the drive voltage is V1, and the induced current of the secondary coil 18 is I2, the frequency characteristic of the induced current I2 with respect to the drive voltage V1 is

It can be expressed as.
[0035]
From (Equation 11), the frequency f0 at which the induced current I2 becomes maximum is
f0 = N × (R1 × R2) ^1/2 / {2π × L1 × (1-k ² ) ^1/2 } (Formula 12)
It becomes. Satisfying the above (Formula 6)
f0 ≧ 20000
This means that the induced current can be maximized in a high frequency range of 20 kHz or higher.
[0036]
By satisfying (Equation 7), the reduction value of the induced current at a desired frequency f in a high frequency range of 20 kHz or higher can be made within 10 dB with respect to the maximum current value.
[0037]
[Example]
Specific examples of the exciting primary coil 15 and the secondary coil 18 of the speaker device configured as described above will be described.
[0038]
In this embodiment, the dimensions and characteristics of one turn ring as the exciting primary coil 15 and the secondary coil 18 are as follows.
[0039]
The primary coil 15 for excitation is
Diameter: 13 mm, winding width: 2.6 mm, number of winding layers: 2, total number of windings (N): 33, DC resistance (R1): 3.22Ω, inductance (L1): 34.5 μH
It was.
[0040]
The secondary coil 18 (one turn ring)
Diameter (inner diameter): 13.36 mm, width: 3.0 mm, thickness: 0.2 mm, material: aluminum, DC resistance (R2): 0.00207Ω, inductance (L2): 0.032 μH
It was.
[0041]
In this case, the inductance L2 will equal approximately L1 / N ^2.
[0042]
An example of the measurement result of the frequency characteristics of the input impedance of the speaker device of this embodiment is shown in FIG. In FIG. 3, the points marked with “•” indicate measurement examples of the frequency characteristics of the input impedance when there is no secondary coil 18. Further, the point of “+” indicates an example of measuring the frequency characteristics of the input impedance when the secondary coil 18 is attached.
[0043]
As can be seen from this measured value, the inductance component of the input impedance of the electromagnetic induction type speaker device is remarkably reduced. When the values of the above constants R1, L1, N, and R2 are substituted into the left side of the above (Formula 6) (same as (Formula 1)), the value becomes 22907, which satisfies (Formula 6). The value of the coupling coefficient k is k = 0.84 from the measurement result.
[0044]
When the values of these constants R1, L1, N, R2, and k are substituted into the left side of (Expression 2), the value is 0.67, which is the same as (Expression 7) (Expression 2). ) Is also satisfied.
[0045]
Next, FIG. 4 shows an example in which the frequency characteristic of the relative value of the induced current is calculated from the values of the constants R1, L1, N, and R2 and the (formula 12). As described above, in this example where the coupling coefficient k = 0.84, the reduction in induced current at 100 kHz is a 3.5 dB reduction relative to the value at 20 kHz.
[0046]
As another example, when the coupling coefficient k = 1.0, a constant drive current (inductive current) from 20 kHz to 100 kHz can be passed through the secondary coil. Further, when the coupling coefficient k = 0.74, the reduction of the induced current at 100 kHz is 6 dB with respect to the value at 20 kHz.
[0047]
As described above, the values of the constants R1, L1, N, R2, and k satisfy (Expression 6) (same as (Expression 1)) and (Expression 7) (same as (Expression 2)). Further, by setting each of them, it is possible to reduce the induced current within 10 dB up to a desired high frequency of 20 kHz or more.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a speaker device in which a decrease in driving current (inductive current) is very small even in a high frequency range of 20 kHz or higher, and therefore, a reduction in driving force is extremely small. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structural example of an embodiment of a speaker device according to the present invention;
FIG. 2 is an electrical equivalent circuit diagram of an electromagnetic induction unit of the speaker device according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a measurement example of input impedance of the speaker device according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating frequency characteristics of induced current of the speaker device according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the structure of a conventional dynamic speaker device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Magnet, 12 ... 1st yoke, 12a ... Pole piece, 13 ... Plate, 14 ... Air gap, 15 ... Primary coil for excitation, 16 ... Lead wire, 18 ... Secondary coil, 19 ... Bobbin, 20 ... Sound Diaphragm, 21 ... Speaker frame

Claims

A primary coil provided in the vicinity of a gap in the magnetic circuit and supplied with a current corresponding to an input audio signal;
A secondary coil that is arranged in the gap and in which a current corresponding to a current flowing through the primary coil is induced;
A diaphragm that vibrates when the secondary coil vibrates due to the interaction between the current induced in the secondary coil and the magnetic flux in the gap;
With
The DC resistance value of the primary coil is R1, the inductance is L1, the number of turns is N, the DC resistance value of the secondary coil is R2, and the coupling coefficient between the primary coil and the secondary coil is k. Then, the relationship between the constants satisfies the following (Equation 1).
N × (R1 × R2) ^1/2 / (2π × L1 × (1-k ² ) ^1/2 ) ≧ 20000 (Formula 1)

2. The speaker device according to claim 1, wherein each of the constants R1, L1, N, R2, and k satisfies the following (Equation 2) at a frequency f on a high frequency side of a desired reproduction band. Speaker device.