スピーカユニット
【課題】低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する振動板をデジタル音声信号で直接駆動するスピーカユニットを実現すること。
【解決手段】炭素質音響振動板２５を備えたスピーカ本体１４と、デジタル音源１０から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換するデルタシグマ変調器１１及び温度計コード変換部１２と、デジタル信号のビット数に対応して複数設けられ前記炭素質音響振動板２５をそれぞれ振動させる複数のボイスコイル２４と、デジタル信号に基づいて各ボイスコイル２４を個別に駆動するドライバ回路１３とを具備したデジタルスピーカユニットである。
【解決手段】炭素質音響振動板２５を備えたスピーカ本体１４と、デジタル音源１０から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換するデルタシグマ変調器１１及び温度計コード変換部１２と、デジタル信号のビット数に対応して複数設けられ前記炭素質音響振動板２５をそれぞれ振動させる複数のボイスコイル２４と、デジタル信号に基づいて各ボイスコイル２４を個別に駆動するドライバ回路１３とを具備したデジタルスピーカユニットである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声再生用のスピーカユニットに関し、特にデジタルの音声信号により直接駆動されるスピーカユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルの音声信号を、アナログ信号に変換せずに、直接スピーカに供給して再生を行うデジタルスピーカが開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のデジタルスピーカは、ボイスコイルボビンに巻回された複数のボイスコイルのそれぞれに、デジタル信号の各ビットに対応する駆動力が発生するように重み付けし、各ボイスコイルに印加する一定電圧の極性をデジタル信号の各２ビットの２値に応じて切り替えることにより、ボイスコイルに流れる電流の方向が２値に応じて設定されるようにしたものである。この構成により、デジタル信号の量子化に対応した比率で駆動力を発生させることができる。
【０００３】
また、デジタル信号から高い品質のアナログ信号を生成するデジタルアナログ変換装置をデジタルスピーカの駆動装置に適用し、再生音声品質の改善、回路規模の縮小を実現したスピーカユニットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のスピーカユニットは、デルタシグマ変調器のｎビット出力をフォーマッターにより温度計コードに変換し、後置フィルタでミスマッチシェーピング処理を行い、その出力をバッファ回路に入力し、バッファ回路から出力されるデジタル信号でコイルを制御して磁場を加算することが記載されている（段落００６３、００７８参照）。
【０００４】
一方、各種音響機器や映像機器、携帯電話等のモバイル機器等に使用されているスピーカの振動板には、広範囲な周波数帯域、特に高音域において明瞭な音を忠実に再生できる性質が要求される。そのため振動板の材質には、振動板に充分な剛性を付与すべく弾性率が高いことと、振動板を軽量化すべく密度が低いこと、という一見相反する性質が求められる。特に、近年注目されているデジタルスピーカ用の振動板には、振動応答性への要請から、これらの性質が強く求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３２６２９１号公報
【特許文献２】国際公開第2007/135928号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の目的は、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する振動板をデジタル音声信号で直接駆動して、良好な音響特性を実現するスピーカユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のデジタルスピーカユニットは、炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体と、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換する変換回路と、前記変換回路から出力されるデジタル信号のビット数に対応して複数設けられ前記炭素質音響振動板をそれぞれ振動させる複数のボイスコイルと、前記変換回路から出力されるデジタル信号に基づいて前記各ボイスコイルを個別に駆動する駆動回路とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体をデジタル信号で直接駆動するので、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する炭素質音響振動板の特性を利用して良好な音響特性を実現できる。
【０００９】
また本発明は、上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記変換回路は、前記デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、デルタシグマ変調器を備えることにより、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換する過程で生じる量子化ノイズをノイズシェーピング効果により排除できると共に、オーバーサンプリング法により量子化誤差を抑圧する構成をとることも可能となる。
【００１１】
また本発明は、上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記変換回路は、前記デルタシグマ変調器の出力する所定ビットのデジタル信号を、前記ボイスコイルの個数に対応したビット数の温度計コードに変換する温度計コード変換部を備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、デルタシグマ変調器から出力される２進数がビット毎に重みのある信号であるため、そのままの信号を使用したのではデジタル直接駆動が困難であるが、各ビットに重みの無い温度計コードに変換することで、スピーカ本体を直接デジタル信号で駆動できる。
【００１３】
上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体で構成しても良い。
【００１４】
また上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体からなる低密度層と、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層とを具備する構成にできる。
【００１５】
また上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させる構成としても良い。または、前記炭素質音響振動板を可撓性のフィルム体で保持し、該フィルム体に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させる構成としても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する振動板をデジタル音声信号で直接駆動して、良好な音響特性を実現するスピーカユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るデジタルスピーカユニットの概略的な全体図
【図２】上記一実施の形態におけるスピーカ本体の構造を示す模式的な断面図
【図３】上記一実施の形態における複数のボイスコイル配置を示す模式図
【図４】ボイスコイルと炭素質音響振動板とドライバ回路との関係を示す模式図
【図５】ボイスコイルとドライバ回路との関係を示す回路図
【図６】上記一実施の形態におけるデルタシグマ変調器の回路構成図
【図７】低密度層と高密度層を有する炭素質音響振動板の概念図
【図８】経過時間と質量変化率の関係を示す炭素質音響振動板の特性図
【図９】（ａ）スピーカをデジタル直接駆動するデジタル信号の全体波形図、（ｂ）デジタル信号の一部を拡大した波形図
【図１０】（ａ）可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持するスピーカ本体の断面図、（ｂ）同図（ａ）の平面図
【図１１】炭素質音響振動板のみの場合のデジタルスピーカの周波数特性図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施の形態は、スピーカ本体の振動板として炭素質音響振動板を備え、デジタル音源から供給されるデジタル信号でボイスコイルを直接駆動して炭素質音響振動板を振動させるデジタルスピーカユニットである。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態に係るデジタルスピーカユニットの概略的な全体図である。
図１においてデジタル音源１０は、CDプレーや、DVDプレーヤ、その他のデジタル形式の音声再生デバイスで構成することができ、デジタルスピーカユニットに対してデジタル音声信号を出力する。
【００２０】
本実施の形態のデジタルスピーカユニットは、マルチビットのデルタシグマ変調器１１と、デルタシグマ変調器１１の出力するデジタル信号を重みの無いNビットの温度計コードに変換する温度計コード変換部１２と、温度計コードに基づいて駆動制御するドライバ回路１３と、炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体１４とを主な構成要素としている。
【００２１】
図２を参照して、スピーカ本体１４の構造を説明する。
スピーカ本体１４は、中心部に板状をなすセンターポール２１を備える有底筒状のヨーク２２と、センターポール２１の基端部に配されたマグネット２３とを備える。このマグネット２３とヨーク２２とセンターポール２１とによって磁気回路を構成している。また、スピーカ本体１４は、磁気回路内に、このセンターポール２１の外周に隙間を有して取り囲む不図示のコイルボビンを介して複数のボイスコイル２４と、このボイスコイル２４の先端部に取り付けられた炭素質音響振動板２５とを備える。炭素質音響振動板２５の外周縁部はエッジ２６を介してフレーム２７に振動可能に支持されている。複数のボイスコイル２４のコイル数Nは温度計コード変換部１２の出力ビット数Nに対応させている。
【００２２】
図３〜図５にスピーカ駆動系の概念図を示す。N個のボイスコイル（２４−１〜２４−Ｎ）は独立して配置されており（図３）、一端が炭素質音響振動板２５に連結されたコイル保持部２８にそれぞれ巻回されている（図４）。なお、コイル保持部２８を用いることなく、ボイスコイル（２４−１〜２４−Ｎ）の端部を炭素質音響振動板２５の一方の面に直接的に連結させる構造とすることもできる。また、図５に示すように、各ボイスコイル（２４−１〜２４−Ｎ）はドライバ回路（１）〜（Ｎ）から独立して制御可能に構成されている。
【００２３】
上記スピーカ本体１４では、マグネット２３とヨーク２２とセンターポール２１とによって構成された磁気回路中に置かれたボイスコイル２４に電流を流し、ボイスコイル２４に対して磁力線と直交方向に生じる力を利用して炭素質音響振動板２５を振動させて音波を発生させる。ボイスコイル２４には、温度計コード変換部１２から出力されるデジタル信号の各ビット値に応じて電流が流される。
【００２４】
図６はデルタシグマ変調器１１の回路構成図である。なお、同図に示す回路構成は一例であり、さらに高次のデルタシグマ変調器を用いることもできる。ここでは、多値入力ビットで表現されたデジタル音声信号を１６ビットとし、デルタシグマ変調器１１からのｎビット出力を４ビットとする。
【００２５】
デルタシグマ変調器１１は、基本的には積分器３１、量子化器３２、遅延器３３、およびフィードバックループを備えて構成されている。τはフィードバックゲインである。デルタシグマ変調器１１に入力された多値ビット（例えば１６ビット）は積分器３１を通り量子化器３２でｎビット（例えば９値＝４ビット）に変換される。量子化の際に発生する量子化誤差は遅延器３３を通るフィードバックループで入力端へ戻され差分をとることで、量子化誤差だけが積分される。入力をＸ、出力をＹ、量子化誤差をＱとすると、関係式はＹ＝Ｘ＋（１−Ｚ−１）Ｑで表わされる。量子化誤差Ｑに乗算されている伝達関数（１−Ｚ−１）は周波数特性を有しており、直流付近で小さくなるので、この特性が後述するノイズシェーピング効果となる。
【００２６】
デルタシグマ変調器１１では、量子化器３２によって多値ビットのデジタル音声信号を出力ビット数ｎに対応した数に量子化している。量子化器３２によって生じる量子化誤差はオーバーサンプリング手法を適用することで解消できる。オーバーサンプリングとは、信号帯域よりも十分に高い周波数でサンプリングを行う手法の一つのことである。また、デルタシグマ変調の場合、ノイズシェーピング効果により原信号精度を改善できる。すなわち、量子化器を使って量子化を行うと、全周波数に均等に量子化ノイズが分布するが、デルタシグマ変調によって、不要なノイズ成分は、オーバーサンプリングした高い周波数領域にシフトすることで、原信号付近のノイズが押さえられ、原信号の精度を改善できる効果がある。
【００２７】
温度計コード変換部１２は、デルタシグマ変調器１１のｎビット出力を、ボイスコイル数に対応したＮビットの温度計コードに変換する。たとえば、８ビットの温度計コードに変換する場合であれば、デルタシグマ変調器出力（００１０）、（０１０１）、（１０００）を、それぞれ温度計コード（００００００１１）、（０００１１１１１）、（１１１１１１１１）へ変換する。デルタシグマ変調器１１から出力される２進数がビット毎に重みのある信号であるため、そのままの信号を使用したのではデジタル直接駆動が困難であるが、各ビットに重みの無い温度計コードに変換することで、スピーカ本体１４を直接デジタル信号で駆動できる。
【００２８】
ドライバ回路１３は、温度計コード変換部１２から出力される温度計コードに基づいて個々のボイスコイル２４−１〜２４−Ｎを独立に駆動する。具体的には、各ボイスコイル２４−１〜２４−Ｎと温度計コードの各ビット値とが１対１で対応しており、温度計コード変換部１２から温度計コードのビット毎に、図９（ａ）（ｂ）に示すような１ビット信号（ＯＮ／ＯＦＦ）が出力される。温度計コード「１」のボイスコイル２４には電流を流し、温度計コード「０」のボイスコイル２４には電流が流れないように駆動する。ボイスコイル２４に流れる電流に比例して当該ボイスコイル２４自身が動き、そのボイスコイル２４に結合した炭素質音響振動板２５が振動して、音声が生成される。
【００２９】
次に、本実施の形態で用いられる炭素質音響振動板２５の構造及び製造方法について詳しく説明する。
本発明のデジタルスピーカユニットでは、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体を有する振動板を炭素質音響振動板２５として用いることができる。この炭素質音響振動板２５は、前記多孔体の板を低密度層として具備し、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層をさらに具備することが好適である。
【００３０】
ここで、層の数は、高密度層と低密度層の２層構造、低密度層の両面を高密度層で挾む３層構造、逆に、高密度層の両面を低密度層で挾む３層構造、さらに高密度層だけの１層構造等、様々な構成が可能である。
【００３１】
前記多孔体の気孔の形状が球状であり、その数平均気孔径が５μ以上１５０μｍ以下であることが望ましい。前記炭素粉末は数平均径が０．２μｍ以下であり、平均長さが２０μｍ以下であるカーボンナノ繊維を含むことが望ましい。前記高密度層は、前記アモルファス炭素中に均一に分散した黒鉛を含む場合がある。この炭素質音響振動板は、乾燥後、温度２５℃、湿度６０％の環境に２５０時間放置したときの質量の増加が５％以下であることが望ましい。
【００３２】
また、炭素含有樹脂に炭素粉末を均一に混合し、混合物をフィルム状に成形し加熱して炭素前駆体とし、炭素前駆体を不活性雰囲気中で炭素化する方法を用いて炭素質音響振動板の製造をすることができる。かかる炭素質音響振動板の製造方法において、前記炭素前駆体化の温度においては固体または液体であり、前記炭素化の温度において消失して気孔を残す穴開け材の粒子を前記混合物に予め混合することによって、前記炭素化後においてアモルファス炭素と炭素粉末とを含む多孔体とする。
【００３３】
前記炭素化の前において、前記炭素前駆体の板の少なくとも一方の面に炭素含有樹脂の層を形成することによって、前記炭素化後において、前記多孔体からなる低密度層と低密度層よりも密度が高い高密度層を含む炭素質音響振動板とすることをさらに含むことが好適である。なお、高密度層の両面を低密度層で挟む構造は、例えば、穴開け材を含まない炭素前駆体の両面に穴開け材を含む炭素前駆体の層を樹脂で接着して一体化して炭素化することにより得られる。
【００３４】
前記穴開け材の粒子は球状であることが望ましい。前記炭素粉末はカーボンナノ繊維を含むことが望ましい。前記炭素含有樹脂の層は、その中に均一に分散した黒鉛を含む場合がある。前記炭素化は、１２００℃以上の温度で行なわれることが望ましい。
【００３５】
以上のように、炭素含有樹脂と炭素粉末との混合物に、炭素前駆体化するときの温度においては固体または液体であり、炭素化の温度において消失して気孔を残す穴開け材、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の粒子を混合することにより、炭素化の過程において、この穴開け材はその立体的形状に応じた立体的形状の気孔を残して消失する。したがって、穴開け材の配合比を制御することで気孔率を容易に制御することができ、穴開け材の粒子の立体的形状およびサイズを選択することで気孔の立体的形状およびサイズを容易に制御することができ、気孔率４０％以上の多孔体を実現することができる。
【００３６】
なお、気孔率とは気孔を含む多孔体全体の体積に対する気孔の体積の百分率であり、炭素の密度を１．５g／cm3として、多孔体全体の体積および質量から計算される気孔率と定義する。
【００３７】
前記多孔体からなる低密度層と高密度層との複層構造とすれば、必要な剛性を維持しつつ気孔率を６０％以上とすることができ、振動板全体の密度を０．５g／cm3以下とすることができる。
高密度層は総厚の１〜３０％程度で効果を発現し、ヤング率１００GPa程度の剛性で高音域再生の役割を担う。
【００３８】
低密度層のヤング率は２〜３GPa程度であり振動板全体を軽量にして全体の音質を維持し、振動応答性を良くする。
【００３９】
これらを一体化して焼成して炭素化し、複数層の炭素質材を形成するので、特性の制御、特に高音域までの可聴音域の音を出力することができる多層平面スピーカー振動板が可能となる。
【００４０】
ドーム形状にして剛性を付与するのではなく、緻密で高剛性の高密度層とコアとなる軽量の低密度層のハリ強度とのバランスで再生限界周波数の高い平面振動板が得られる。気孔率設計によっても再生音域が変動するが、気孔径は大きく影響しない。ハンドリング性が良好となり、耐衝撃性も向上する。また、多孔体の低密度層の片面あるいは両面を高密度層で覆うことでユニットへの組み込みの際の接着剤の吸い込みを防止することができる。
【００４１】
音響振動板にさらに要請される特性として、空気中の水分を吸って重くなって音響特性が変わらないように、吸湿性が低いことが挙げられる。炭素化の温度を１２００℃以上とすることで、乾燥後、温度２５℃、湿度６０％の環境に２５０時間放置したときの質量の増加が５％以下であるものが得られる。
【００４２】
以上の説明では、炭素質音響振動板をエッジを介してフレームで保持する構造について例示したが、可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持する構造とすることも可能である。
【００４３】
図１０（ａ）は可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持するスピーカ本体の断面図、同図（ｂ）はその平面図である。図１０（ａ）に示すように、ヨーク２２、マグネット２３、センターポール２１、ボイスコイル２４及びフレーム２７については、図２に示すスピーカ本体１４と同様の構造を有している。炭素質音響振動板４１は可撓性フィルム４２の内側面に固定されている。可撓性フィルム４２は中央部がドーム状に膨出した形状をなしており、板状をなすフィルムベース４３の上面に固定されている。フィルムベース４３の下面外周縁部にボイスコイル２４の端部が当接して振動を伝達するように構成されている。なお、可撓性フィルム４２には強度を確保するための凹凸加工が加えられている。
【００４４】
以上のように構成されたスピーカ本体に対して、図１に示すようなデジタル駆動系を接続してデジタルスピーカユニットを構成する。デジタル音源から供給されるデジタル音声信号によるスピーカ本体の駆動方法は、前述した通りである。
【００４５】
このように、炭素質音響振動板４１を所要の剛性と可撓性のある可撓性フィルム４２で保持することにより、炭素質音響振動板をフレームで保持する構造に比べて、高い音圧を実現できる。本発明者による検証実験では、フィルムに炭素質振動板を組み合わせることで、ピーク音圧として９０ｄＢｓｐｌを実現できた。したがって、高い音圧を必要とする用途では、図１０に示すように炭素質音響振動板４１を可撓性フィルム４２で保持する構成が望ましい。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）低密度層の両面を高密度層で覆う３層の実施例
アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂３５質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてのＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。この成型用組成物のペレットを押出成形で厚さ４００μｍのシート状の成型物とし、さらに両面にフラン樹脂をコーティングして硬化させ、多層シートとした。この多層シートを２００℃のエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空中１４００℃で３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了した。これにより、図７に概念的に示すように、アモルファス炭素１１０中にカーボンナノ繊維の粉末１１２が均一に分散し、ＰＭＭＡの粒子が消失した後に残った球状の気孔１１４を有する多孔体の低密度層１１６とその両面を覆うアモルファス炭素からなる高密度層１１８とを有する音響振動板が得られた。
【００４７】
このようにして得られた音響振動板の低密度層１１６の気孔率は７０％、数平均気孔径は６０μｍであった。振動板全体では、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２５MPa、ヤング率８GPa、音速４２００ｍ／sec、密度０．４５ｇ／cm3、吸湿性１質量％以下と優れた物性を有するものであった。
【００４８】
なお、音速は密度とヤング率の実測値から計算により求めた（以下同様）。吸湿性は、１００℃で３０分間乾燥した後、温度２５℃、湿度６０％の環境に放置した時の質量増加率（％）である。図８に経過時間と質量変化率の関係を示す。比較例１として、最後の焼成（炭素化）の温度を１０００℃としたときの結果も示す。図８からわかるように、炭素化の温度を１２００℃以上とすることで、２５０時間後の質量の増加が５％以下である吸湿性の低い振動板が得られる。
【００４９】
（実施例２）高密度層にフィラー（黒鉛）を入れた実施例
アモルファス炭素源としての、塩化ビニル樹脂３５質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。この成型用組成物のペレットを押出成形で厚さ４００μｍのシート状の成型物とし、さらにフラン樹脂に平均粒径４μｍ程度の黒鉛（日本黒鉛製ＳＰ２７０）５質量％を分散させ、硬化剤を入れた液を両面にコーティングして硬化させ、多層シートとした。この多層シートを２００℃のエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空中で１５００℃で３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了し、複合炭素振動板を得た。
【００５０】
このようにして得られた音響振動板の低密度層の気孔率は７０％、数平均気孔径は６０μｍであった。振動板全体は、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２３MPa、ヤング率５GPa、音速３３３３m／sec、密度０．４５g／cm3、と優れた物性を有するものであった。
【００５１】
（実施例３）多孔体のみの実施例
気孔率５０％単層成形体アモルファス炭素源としての、塩化ビニル樹脂５４質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。このペレットを用いて厚み４００μｍのフィルム状の押し出し成形を行った。このフィルムを２００℃に過熱したエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／時以下の昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空雰囲気中で１５００℃にて３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了し、複合炭素振動板を得た。
【００５２】
このようにして得られた多孔質の音響振動板は、気孔率が５０％、気孔径６０μｍ、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２９MPa、ヤング率７GPa、音速３０５５m／sec、密度０．７５g／cm3、と優れた物性を有するものであった。
【００５３】
次に、上述したデジタルスピーカユニットに上記実施例１で作成した振動板を使用した場合のスピーカの周波数特性について説明する。デジタルスピーカユニットに備えるボイスコイル２４は６個のボイスコイルから構成し、デルタシグマ変調器１１では１６ビットのデジタル音声信号を４ビットに変換し、温度計コード変換部１２から出力される温度計コードは６ビット構成とした。
【００５４】
図１１は実施例１で得られた振動板を用いた場合の周波数特性を示している。同図に示すように、炭素質振動板のみの場合、７００Ｈｚ付近から可聴周波数域の上限であるといわれる２０ｋＨｚまで非常にフラットな特性が実現できた。図１１に示す周波数特性であれば、極めて品質の良好な音質を再現できる。また、ピーク音圧として８５ｄＢｓｐｌ以上を実現できている。
【００５５】
以上説明したように、本発明の一実施の形態に係るデジタルスピーカユニットによれば、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する炭素質音響振動板２５をデジタル音声信号で直接駆動して、良好な音響特性を実現することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ デジタル音源
１１ デルタシグマ変調器
１２ 温度計コード変換部
１３ ドライバ回路
１４ スピーカ本体
２１ センターピース
２２ ヨーク
２３ マグネット
２４ ボイスコイル
２５ 炭素質音響振動板
２６ エッジ
２７ フレーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声再生用のスピーカユニットに関し、特にデジタルの音声信号により直接駆動されるスピーカユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルの音声信号を、アナログ信号に変換せずに、直接スピーカに供給して再生を行うデジタルスピーカが開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のデジタルスピーカは、ボイスコイルボビンに巻回された複数のボイスコイルのそれぞれに、デジタル信号の各ビットに対応する駆動力が発生するように重み付けし、各ボイスコイルに印加する一定電圧の極性をデジタル信号の各２ビットの２値に応じて切り替えることにより、ボイスコイルに流れる電流の方向が２値に応じて設定されるようにしたものである。この構成により、デジタル信号の量子化に対応した比率で駆動力を発生させることができる。
【０００３】
また、デジタル信号から高い品質のアナログ信号を生成するデジタルアナログ変換装置をデジタルスピーカの駆動装置に適用し、再生音声品質の改善、回路規模の縮小を実現したスピーカユニットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のスピーカユニットは、デルタシグマ変調器のｎビット出力をフォーマッターにより温度計コードに変換し、後置フィルタでミスマッチシェーピング処理を行い、その出力をバッファ回路に入力し、バッファ回路から出力されるデジタル信号でコイルを制御して磁場を加算することが記載されている（段落００６３、００７８参照）。
【０００４】
一方、各種音響機器や映像機器、携帯電話等のモバイル機器等に使用されているスピーカの振動板には、広範囲な周波数帯域、特に高音域において明瞭な音を忠実に再生できる性質が要求される。そのため振動板の材質には、振動板に充分な剛性を付与すべく弾性率が高いことと、振動板を軽量化すべく密度が低いこと、という一見相反する性質が求められる。特に、近年注目されているデジタルスピーカ用の振動板には、振動応答性への要請から、これらの性質が強く求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３２６２９１号公報
【特許文献２】国際公開第2007/135928号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の目的は、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する振動板をデジタル音声信号で直接駆動して、良好な音響特性を実現するスピーカユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のデジタルスピーカユニットは、炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体と、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換する変換回路と、前記変換回路から出力されるデジタル信号のビット数に対応して複数設けられ前記炭素質音響振動板をそれぞれ振動させる複数のボイスコイルと、前記変換回路から出力されるデジタル信号に基づいて前記各ボイスコイルを個別に駆動する駆動回路とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体をデジタル信号で直接駆動するので、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する炭素質音響振動板の特性を利用して良好な音響特性を実現できる。
【０００９】
また本発明は、上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記変換回路は、前記デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、デルタシグマ変調器を備えることにより、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換する過程で生じる量子化ノイズをノイズシェーピング効果により排除できると共に、オーバーサンプリング法により量子化誤差を抑圧する構成をとることも可能となる。
【００１１】
また本発明は、上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記変換回路は、前記デルタシグマ変調器の出力する所定ビットのデジタル信号を、前記ボイスコイルの個数に対応したビット数の温度計コードに変換する温度計コード変換部を備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、デルタシグマ変調器から出力される２進数がビット毎に重みのある信号であるため、そのままの信号を使用したのではデジタル直接駆動が困難であるが、各ビットに重みの無い温度計コードに変換することで、スピーカ本体を直接デジタル信号で駆動できる。
【００１３】
上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体で構成しても良い。
【００１４】
また上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体からなる低密度層と、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層とを具備する構成にできる。
【００１５】
また上記デジタルスピーカユニットにおいて、前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させる構成としても良い。または、前記炭素質音響振動板を可撓性のフィルム体で保持し、該フィルム体に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させる構成としても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する振動板をデジタル音声信号で直接駆動して、良好な音響特性を実現するスピーカユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るデジタルスピーカユニットの概略的な全体図
【図２】上記一実施の形態におけるスピーカ本体の構造を示す模式的な断面図
【図３】上記一実施の形態における複数のボイスコイル配置を示す模式図
【図４】ボイスコイルと炭素質音響振動板とドライバ回路との関係を示す模式図
【図５】ボイスコイルとドライバ回路との関係を示す回路図
【図６】上記一実施の形態におけるデルタシグマ変調器の回路構成図
【図７】低密度層と高密度層を有する炭素質音響振動板の概念図
【図８】経過時間と質量変化率の関係を示す炭素質音響振動板の特性図
【図９】（ａ）スピーカをデジタル直接駆動するデジタル信号の全体波形図、（ｂ）デジタル信号の一部を拡大した波形図
【図１０】（ａ）可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持するスピーカ本体の断面図、（ｂ）同図（ａ）の平面図
【図１１】炭素質音響振動板のみの場合のデジタルスピーカの周波数特性図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施の形態は、スピーカ本体の振動板として炭素質音響振動板を備え、デジタル音源から供給されるデジタル信号でボイスコイルを直接駆動して炭素質音響振動板を振動させるデジタルスピーカユニットである。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態に係るデジタルスピーカユニットの概略的な全体図である。
図１においてデジタル音源１０は、CDプレーや、DVDプレーヤ、その他のデジタル形式の音声再生デバイスで構成することができ、デジタルスピーカユニットに対してデジタル音声信号を出力する。
【００２０】
本実施の形態のデジタルスピーカユニットは、マルチビットのデルタシグマ変調器１１と、デルタシグマ変調器１１の出力するデジタル信号を重みの無いNビットの温度計コードに変換する温度計コード変換部１２と、温度計コードに基づいて駆動制御するドライバ回路１３と、炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体１４とを主な構成要素としている。
【００２１】
図２を参照して、スピーカ本体１４の構造を説明する。
スピーカ本体１４は、中心部に板状をなすセンターポール２１を備える有底筒状のヨーク２２と、センターポール２１の基端部に配されたマグネット２３とを備える。このマグネット２３とヨーク２２とセンターポール２１とによって磁気回路を構成している。また、スピーカ本体１４は、磁気回路内に、このセンターポール２１の外周に隙間を有して取り囲む不図示のコイルボビンを介して複数のボイスコイル２４と、このボイスコイル２４の先端部に取り付けられた炭素質音響振動板２５とを備える。炭素質音響振動板２５の外周縁部はエッジ２６を介してフレーム２７に振動可能に支持されている。複数のボイスコイル２４のコイル数Nは温度計コード変換部１２の出力ビット数Nに対応させている。
【００２２】
図３〜図５にスピーカ駆動系の概念図を示す。N個のボイスコイル（２４−１〜２４−Ｎ）は独立して配置されており（図３）、一端が炭素質音響振動板２５に連結されたコイル保持部２８にそれぞれ巻回されている（図４）。なお、コイル保持部２８を用いることなく、ボイスコイル（２４−１〜２４−Ｎ）の端部を炭素質音響振動板２５の一方の面に直接的に連結させる構造とすることもできる。また、図５に示すように、各ボイスコイル（２４−１〜２４−Ｎ）はドライバ回路（１）〜（Ｎ）から独立して制御可能に構成されている。
【００２３】
上記スピーカ本体１４では、マグネット２３とヨーク２２とセンターポール２１とによって構成された磁気回路中に置かれたボイスコイル２４に電流を流し、ボイスコイル２４に対して磁力線と直交方向に生じる力を利用して炭素質音響振動板２５を振動させて音波を発生させる。ボイスコイル２４には、温度計コード変換部１２から出力されるデジタル信号の各ビット値に応じて電流が流される。
【００２４】
図６はデルタシグマ変調器１１の回路構成図である。なお、同図に示す回路構成は一例であり、さらに高次のデルタシグマ変調器を用いることもできる。ここでは、多値入力ビットで表現されたデジタル音声信号を１６ビットとし、デルタシグマ変調器１１からのｎビット出力を４ビットとする。
【００２５】
デルタシグマ変調器１１は、基本的には積分器３１、量子化器３２、遅延器３３、およびフィードバックループを備えて構成されている。τはフィードバックゲインである。デルタシグマ変調器１１に入力された多値ビット（例えば１６ビット）は積分器３１を通り量子化器３２でｎビット（例えば９値＝４ビット）に変換される。量子化の際に発生する量子化誤差は遅延器３３を通るフィードバックループで入力端へ戻され差分をとることで、量子化誤差だけが積分される。入力をＸ、出力をＹ、量子化誤差をＱとすると、関係式はＹ＝Ｘ＋（１−Ｚ−１）Ｑで表わされる。量子化誤差Ｑに乗算されている伝達関数（１−Ｚ−１）は周波数特性を有しており、直流付近で小さくなるので、この特性が後述するノイズシェーピング効果となる。
【００２６】
デルタシグマ変調器１１では、量子化器３２によって多値ビットのデジタル音声信号を出力ビット数ｎに対応した数に量子化している。量子化器３２によって生じる量子化誤差はオーバーサンプリング手法を適用することで解消できる。オーバーサンプリングとは、信号帯域よりも十分に高い周波数でサンプリングを行う手法の一つのことである。また、デルタシグマ変調の場合、ノイズシェーピング効果により原信号精度を改善できる。すなわち、量子化器を使って量子化を行うと、全周波数に均等に量子化ノイズが分布するが、デルタシグマ変調によって、不要なノイズ成分は、オーバーサンプリングした高い周波数領域にシフトすることで、原信号付近のノイズが押さえられ、原信号の精度を改善できる効果がある。
【００２７】
温度計コード変換部１２は、デルタシグマ変調器１１のｎビット出力を、ボイスコイル数に対応したＮビットの温度計コードに変換する。たとえば、８ビットの温度計コードに変換する場合であれば、デルタシグマ変調器出力（００１０）、（０１０１）、（１０００）を、それぞれ温度計コード（００００００１１）、（０００１１１１１）、（１１１１１１１１）へ変換する。デルタシグマ変調器１１から出力される２進数がビット毎に重みのある信号であるため、そのままの信号を使用したのではデジタル直接駆動が困難であるが、各ビットに重みの無い温度計コードに変換することで、スピーカ本体１４を直接デジタル信号で駆動できる。
【００２８】
ドライバ回路１３は、温度計コード変換部１２から出力される温度計コードに基づいて個々のボイスコイル２４−１〜２４−Ｎを独立に駆動する。具体的には、各ボイスコイル２４−１〜２４−Ｎと温度計コードの各ビット値とが１対１で対応しており、温度計コード変換部１２から温度計コードのビット毎に、図９（ａ）（ｂ）に示すような１ビット信号（ＯＮ／ＯＦＦ）が出力される。温度計コード「１」のボイスコイル２４には電流を流し、温度計コード「０」のボイスコイル２４には電流が流れないように駆動する。ボイスコイル２４に流れる電流に比例して当該ボイスコイル２４自身が動き、そのボイスコイル２４に結合した炭素質音響振動板２５が振動して、音声が生成される。
【００２９】
次に、本実施の形態で用いられる炭素質音響振動板２５の構造及び製造方法について詳しく説明する。
本発明のデジタルスピーカユニットでは、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体を有する振動板を炭素質音響振動板２５として用いることができる。この炭素質音響振動板２５は、前記多孔体の板を低密度層として具備し、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層をさらに具備することが好適である。
【００３０】
ここで、層の数は、高密度層と低密度層の２層構造、低密度層の両面を高密度層で挾む３層構造、逆に、高密度層の両面を低密度層で挾む３層構造、さらに高密度層だけの１層構造等、様々な構成が可能である。
【００３１】
前記多孔体の気孔の形状が球状であり、その数平均気孔径が５μ以上１５０μｍ以下であることが望ましい。前記炭素粉末は数平均径が０．２μｍ以下であり、平均長さが２０μｍ以下であるカーボンナノ繊維を含むことが望ましい。前記高密度層は、前記アモルファス炭素中に均一に分散した黒鉛を含む場合がある。この炭素質音響振動板は、乾燥後、温度２５℃、湿度６０％の環境に２５０時間放置したときの質量の増加が５％以下であることが望ましい。
【００３２】
また、炭素含有樹脂に炭素粉末を均一に混合し、混合物をフィルム状に成形し加熱して炭素前駆体とし、炭素前駆体を不活性雰囲気中で炭素化する方法を用いて炭素質音響振動板の製造をすることができる。かかる炭素質音響振動板の製造方法において、前記炭素前駆体化の温度においては固体または液体であり、前記炭素化の温度において消失して気孔を残す穴開け材の粒子を前記混合物に予め混合することによって、前記炭素化後においてアモルファス炭素と炭素粉末とを含む多孔体とする。
【００３３】
前記炭素化の前において、前記炭素前駆体の板の少なくとも一方の面に炭素含有樹脂の層を形成することによって、前記炭素化後において、前記多孔体からなる低密度層と低密度層よりも密度が高い高密度層を含む炭素質音響振動板とすることをさらに含むことが好適である。なお、高密度層の両面を低密度層で挟む構造は、例えば、穴開け材を含まない炭素前駆体の両面に穴開け材を含む炭素前駆体の層を樹脂で接着して一体化して炭素化することにより得られる。
【００３４】
前記穴開け材の粒子は球状であることが望ましい。前記炭素粉末はカーボンナノ繊維を含むことが望ましい。前記炭素含有樹脂の層は、その中に均一に分散した黒鉛を含む場合がある。前記炭素化は、１２００℃以上の温度で行なわれることが望ましい。
【００３５】
以上のように、炭素含有樹脂と炭素粉末との混合物に、炭素前駆体化するときの温度においては固体または液体であり、炭素化の温度において消失して気孔を残す穴開け材、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の粒子を混合することにより、炭素化の過程において、この穴開け材はその立体的形状に応じた立体的形状の気孔を残して消失する。したがって、穴開け材の配合比を制御することで気孔率を容易に制御することができ、穴開け材の粒子の立体的形状およびサイズを選択することで気孔の立体的形状およびサイズを容易に制御することができ、気孔率４０％以上の多孔体を実現することができる。
【００３６】
なお、気孔率とは気孔を含む多孔体全体の体積に対する気孔の体積の百分率であり、炭素の密度を１．５g／cm3として、多孔体全体の体積および質量から計算される気孔率と定義する。
【００３７】
前記多孔体からなる低密度層と高密度層との複層構造とすれば、必要な剛性を維持しつつ気孔率を６０％以上とすることができ、振動板全体の密度を０．５g／cm3以下とすることができる。
高密度層は総厚の１〜３０％程度で効果を発現し、ヤング率１００GPa程度の剛性で高音域再生の役割を担う。
【００３８】
低密度層のヤング率は２〜３GPa程度であり振動板全体を軽量にして全体の音質を維持し、振動応答性を良くする。
【００３９】
これらを一体化して焼成して炭素化し、複数層の炭素質材を形成するので、特性の制御、特に高音域までの可聴音域の音を出力することができる多層平面スピーカー振動板が可能となる。
【００４０】
ドーム形状にして剛性を付与するのではなく、緻密で高剛性の高密度層とコアとなる軽量の低密度層のハリ強度とのバランスで再生限界周波数の高い平面振動板が得られる。気孔率設計によっても再生音域が変動するが、気孔径は大きく影響しない。ハンドリング性が良好となり、耐衝撃性も向上する。また、多孔体の低密度層の片面あるいは両面を高密度層で覆うことでユニットへの組み込みの際の接着剤の吸い込みを防止することができる。
【００４１】
音響振動板にさらに要請される特性として、空気中の水分を吸って重くなって音響特性が変わらないように、吸湿性が低いことが挙げられる。炭素化の温度を１２００℃以上とすることで、乾燥後、温度２５℃、湿度６０％の環境に２５０時間放置したときの質量の増加が５％以下であるものが得られる。
【００４２】
以上の説明では、炭素質音響振動板をエッジを介してフレームで保持する構造について例示したが、可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持する構造とすることも可能である。
【００４３】
図１０（ａ）は可撓性フィルムで炭素質音響振動板を支持するスピーカ本体の断面図、同図（ｂ）はその平面図である。図１０（ａ）に示すように、ヨーク２２、マグネット２３、センターポール２１、ボイスコイル２４及びフレーム２７については、図２に示すスピーカ本体１４と同様の構造を有している。炭素質音響振動板４１は可撓性フィルム４２の内側面に固定されている。可撓性フィルム４２は中央部がドーム状に膨出した形状をなしており、板状をなすフィルムベース４３の上面に固定されている。フィルムベース４３の下面外周縁部にボイスコイル２４の端部が当接して振動を伝達するように構成されている。なお、可撓性フィルム４２には強度を確保するための凹凸加工が加えられている。
【００４４】
以上のように構成されたスピーカ本体に対して、図１に示すようなデジタル駆動系を接続してデジタルスピーカユニットを構成する。デジタル音源から供給されるデジタル音声信号によるスピーカ本体の駆動方法は、前述した通りである。
【００４５】
このように、炭素質音響振動板４１を所要の剛性と可撓性のある可撓性フィルム４２で保持することにより、炭素質音響振動板をフレームで保持する構造に比べて、高い音圧を実現できる。本発明者による検証実験では、フィルムに炭素質振動板を組み合わせることで、ピーク音圧として９０ｄＢｓｐｌを実現できた。したがって、高い音圧を必要とする用途では、図１０に示すように炭素質音響振動板４１を可撓性フィルム４２で保持する構成が望ましい。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）低密度層の両面を高密度層で覆う３層の実施例
アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂３５質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてのＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。この成型用組成物のペレットを押出成形で厚さ４００μｍのシート状の成型物とし、さらに両面にフラン樹脂をコーティングして硬化させ、多層シートとした。この多層シートを２００℃のエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空中１４００℃で３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了した。これにより、図７に概念的に示すように、アモルファス炭素１１０中にカーボンナノ繊維の粉末１１２が均一に分散し、ＰＭＭＡの粒子が消失した後に残った球状の気孔１１４を有する多孔体の低密度層１１６とその両面を覆うアモルファス炭素からなる高密度層１１８とを有する音響振動板が得られた。
【００４７】
このようにして得られた音響振動板の低密度層１１６の気孔率は７０％、数平均気孔径は６０μｍであった。振動板全体では、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２５MPa、ヤング率８GPa、音速４２００ｍ／sec、密度０．４５ｇ／cm3、吸湿性１質量％以下と優れた物性を有するものであった。
【００４８】
なお、音速は密度とヤング率の実測値から計算により求めた（以下同様）。吸湿性は、１００℃で３０分間乾燥した後、温度２５℃、湿度６０％の環境に放置した時の質量増加率（％）である。図８に経過時間と質量変化率の関係を示す。比較例１として、最後の焼成（炭素化）の温度を１０００℃としたときの結果も示す。図８からわかるように、炭素化の温度を１２００℃以上とすることで、２５０時間後の質量の増加が５％以下である吸湿性の低い振動板が得られる。
【００４９】
（実施例２）高密度層にフィラー（黒鉛）を入れた実施例
アモルファス炭素源としての、塩化ビニル樹脂３５質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。この成型用組成物のペレットを押出成形で厚さ４００μｍのシート状の成型物とし、さらにフラン樹脂に平均粒径４μｍ程度の黒鉛（日本黒鉛製ＳＰ２７０）５質量％を分散させ、硬化剤を入れた液を両面にコーティングして硬化させ、多層シートとした。この多層シートを２００℃のエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空中で１５００℃で３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了し、複合炭素振動板を得た。
【００５０】
このようにして得られた音響振動板の低密度層の気孔率は７０％、数平均気孔径は６０μｍであった。振動板全体は、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２３MPa、ヤング率５GPa、音速３３３３m／sec、密度０．４５g／cm3、と優れた物性を有するものであった。
【００５１】
（実施例３）多孔体のみの実施例
気孔率５０％単層成形体アモルファス炭素源としての、塩化ビニル樹脂５４質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。このペレットを用いて厚み４００μｍのフィルム状の押し出し成形を行った。このフィルムを２００℃に過熱したエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／時以下の昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空雰囲気中で１５００℃にて３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了し、複合炭素振動板を得た。
【００５２】
このようにして得られた多孔質の音響振動板は、気孔率が５０％、気孔径６０μｍ、厚み約３５０μｍ、曲げ強度２９MPa、ヤング率７GPa、音速３０５５m／sec、密度０．７５g／cm3、と優れた物性を有するものであった。
【００５３】
次に、上述したデジタルスピーカユニットに上記実施例１で作成した振動板を使用した場合のスピーカの周波数特性について説明する。デジタルスピーカユニットに備えるボイスコイル２４は６個のボイスコイルから構成し、デルタシグマ変調器１１では１６ビットのデジタル音声信号を４ビットに変換し、温度計コード変換部１２から出力される温度計コードは６ビット構成とした。
【００５４】
図１１は実施例１で得られた振動板を用いた場合の周波数特性を示している。同図に示すように、炭素質振動板のみの場合、７００Ｈｚ付近から可聴周波数域の上限であるといわれる２０ｋＨｚまで非常にフラットな特性が実現できた。図１１に示す周波数特性であれば、極めて品質の良好な音質を再現できる。また、ピーク音圧として８５ｄＢｓｐｌ以上を実現できている。
【００５５】
以上説明したように、本発明の一実施の形態に係るデジタルスピーカユニットによれば、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有する炭素質音響振動板２５をデジタル音声信号で直接駆動して、良好な音響特性を実現することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ デジタル音源
１１ デルタシグマ変調器
１２ 温度計コード変換部
１３ ドライバ回路
１４ スピーカ本体
２１ センターピース
２２ ヨーク
２３ マグネット
２４ ボイスコイル
２５ 炭素質音響振動板
２６ エッジ
２７ フレーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体と、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換する変換回路と、前記変換回路から出力されるデジタル信号のビット数に対応して複数設けられ前記炭素質音響振動板をそれぞれ振動させる複数のボイスコイルと、前記変換回路から出力されるデジタル信号に基づいて前記各ボイスコイルを個別に駆動する駆動回路と、を具備したことを特徴とするデジタルスピーカユニット。
【請求項２】
前記変換回路は、前記デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備えることを特徴とする請求項１記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項３】
前記変換回路は、前記デルタシグマ変調器の出力する所定ビットのデジタル信号を、前記ボイスコイルの個数に対応したビット数の温度計コードに変換する温度計コード変換部を備えることを特徴とする請求項２記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項４】
前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項５】
前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体からなる低密度層と、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層とを具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項６】
前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項７】
前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板を可撓性のフィルム体で保持し、該フィルム体に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項１】
炭素質音響振動板を備えたスピーカ本体と、デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号を所要ビットのデジタル信号に変換する変換回路と、前記変換回路から出力されるデジタル信号のビット数に対応して複数設けられ前記炭素質音響振動板をそれぞれ振動させる複数のボイスコイルと、前記変換回路から出力されるデジタル信号に基づいて前記各ボイスコイルを個別に駆動する駆動回路と、を具備したことを特徴とするデジタルスピーカユニット。
【請求項２】
前記変換回路は、前記デジタル音源から供給される多値ビットのデジタル音声信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備えることを特徴とする請求項１記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項３】
前記変換回路は、前記デルタシグマ変調器の出力する所定ビットのデジタル信号を、前記ボイスコイルの個数に対応したビット数の温度計コードに変換する温度計コード変換部を備えることを特徴とする請求項２記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項４】
前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項５】
前記炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率４０％以上の多孔体からなる低密度層と、アモルファス炭素を含み、前記低密度層よりも厚みが薄く、前記低密度層よりも密度が高い高密度層とを具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項６】
前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のデジタルスピーカユニット。
【請求項７】
前記スピーカ本体は、前記炭素質音響振動板を可撓性のフィルム体で保持し、該フィルム体に対して前記ボイスコイルを接触させて振動させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のデジタルスピーカユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２１３０６２（Ｐ２０１０−２１３０６２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５７９０１（Ｐ２００９−５７９０１）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００５９５７）三菱鉛筆株式会社 (692)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００５９５７）三菱鉛筆株式会社 (692)
【Ｆターム（参考）】
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