Transcript 5 - 金沢大学

耳穴装着型中空骨伝導スピーカの開発
金沢大学
三浦英充,上野敏幸,山田外史
研究の流れ
Step1
バイモルフ型スピーカを試作評価
大きなノイズが発生
Step2
構造、電子制御両面から改善策を検討
Step3-1
Step3-2
構造改善
制御回路設計
→共振周波数の高域化
→線形化処理
ユニモルフ型スピーカ
フィードバック制御回路
Step2 ノイズ除去手法の検討
バイモルフ型スピーカで発生するノイズの原因を検証
構造からのアプローチ
共振周波数の再設定
電子制御からのアプローチ
セルフセンシング
両方を平行して行う
Step2 構造からのアプローチ
バイモルフ型
Galfenolが二本
縦振動と曲げ振動が混在する
Current(+)
Tension
Tension
Current(+)
Axial Vibration
Current(+)
Tension
Compression
Current(-)
Bending Vibration
変位大
パワー大
ユニモルフ型
縦振動型
曲げ振動のみ存在
縦振動のみ存在
共振点の高域化
（4kHz以上）
Step3-1 構造改善
12
10
8
6
4
2
0
-2
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
Current (A)
0.2
強度が明らかに足りない
Galfenol幅0.5mm
パラメータの再設定
ヨーク幅 0.3mm
コイル幅 0.5mm
0.3
ヨーク部の素材選定
磁性
オーステナイト系
耐食性酸性
なし
SUS304・SUS316
フェライト系
SUS410
熱膨張
極めて良好で
軟鋼の1.5倍
成形性に富む
溶接性
最も良好。500
～600℃で耐
食性が劣化
あり
内装用ではサ オーステナイト 軟鋼とほぼ同 高熱加熱の後
ビの心配なし
系に劣る
じ
急冷で脆化
あり
大気中でサビ
オーステナイト 軟鋼とほぼ同
を生じる可能
系に劣る
じ
性がある
SUS430
マルテンサイト系
極めて良好
衝撃と延び
良くない
改良型の構造
Galfenol幅1mm
ヨーク幅 1mm
梁間隔 0.5mm
ヨーク幅と梁間隔を変えて
等価バネ係数を変化
製作したヨーク
ヨーク幅0.7mm
Y0.7-W0.5型
Y1-W0.5型
Y1-W1型
ヨーク幅1mm
コイル幅1mm
ヨーク幅[mm]
0.7
1
1
梁間隔[mm]
0.5
0.5
1
測定準備
変位測定用のターゲット:0.019×10-3
アルミ：非磁性低密度
振動子の質量[kg]
ヨークの質量
振動リングの質量
磁石の質量
0.077×10-3
0.35×10-3
1.16×10-3
0.4×10-3
磁歪特性
電流ー変位
パラメータ：励磁電流
時間ー変位
パラメータ：励磁電流
線形領域のみで約6μmの変位（縦振動の4倍）
（0.4App(66.8AT)の励磁電流）
磁束密度ー変位
磁束密度ー変位
パラメータ：励磁電流
変位の周波数応答
共振周波数約2kHz
（バイモルフ：約500Hz）
まとめ
Y0.7-W0.5型
Y1-W0.5型
Y1-W1型
ヨーク幅[mm]
0.7
1
1
梁間隔[mm]
0.5
0.5
1
残りのパターンの物理量評価、比較
共振周波数を4kHz以上にするためのパラメータの推定
官能試験→音響的な評価
伝達関数の決定
磁歪素子の挙動をシミュレーションに組み込むためには
入力：信号電圧 出力：変位 の伝達関数を求める必要がある
デバイスを一次機械モデルと近似
運動方程式から伝達関数を算出
各等価係数を実験的に求めた
発生力
等価バネ係数[N/m]
等価質量[kg]
減衰比
臨界減衰定数
粘性減衰定数
カップリング係数
22.4
0.15×106
2.5×10-3
0.05
38.7
1.9
41
ステップ入力時の遅延
入出力の時間波形(正弦波1kHz)
入出力の時間波形(正弦波5kHz)
今後の課題
構造
残りのパターンの物理量評価、比較
官能試験
御清聴ありがとうございました
まとめ
共振周波数以上の周波数では共振音が支配的
ノイズの主原因？
伝達関数の整合性を実験的に検証(周波数、波形)
実際の音声信号でシミュレーション
回路制作