JP2001054181A - 膜発音器及び残響調節装置 - Google Patents

膜発音器及び残響調節装置

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JP2001054181A
JP2001054181A JP11225371A JP22537199A JP2001054181A JP 2001054181 A JP2001054181 A JP 2001054181A JP 11225371 A JP11225371 A JP 11225371A JP 22537199 A JP22537199 A JP 22537199A JP 2001054181 A JP2001054181 A JP 2001054181A
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film
membrane
sounder
tension
reverberation
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JP11225371A
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English (en)
Inventor
Yasuyuki Okazaki
甚幸 岡崎
Shiro Ise
史郎 伊勢
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Original Assignee
Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
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  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音響室の壁面全体から音を出すことのでき
る、現実的コストで施工可能な膜発音器を提供する。ま
た、その膜発音器を別の用途に用いる方法を提供する。 【解決手段】 張力付与手段12〜15により張力を与
えられた膜11の中心Cを囲うように、複数の加振体
(圧電素子)20を付着させる。制御回路22から加振
体20に音声信号を与えて膜11全体を振動させ、膜1
1全体から音を出す。また、これを残響調節装置として
用いることもできる。すなわち、音響室内に設けたマイ
クロフォンにより音響室内の音波を検出し、その出力を
参照して、音響室内の残響時間を調節するように、張力
を付与した膜の表面に付着した圧電素子を駆動して膜を
振動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建築物・構造物の
壁面・天井面や映写スクリーン等の膜構造物を発音体と
するための膜発音器、及びそれを応用した残響調節装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】膜を発音体とするものとして、例えば特
開昭57−91099号公報には、フレームに張設され
た振動膜のほぼ中央部に圧電振動板を貼り付けて成るも
のが開示されている。
【0003】また、実開平5−45689号公報には、
フィルム状スピーカを投映用スクリーンに接着固定した
ものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開昭57−9109
9号公報記載の装置では振動膜としてポリエチレン樹脂
膜、金属箔等を用いているが、これらは十分な強度を持
たないため、一般家屋の部屋や講堂、コンサートホール
等(以下、これらを総称して音響室と呼ぶ)の側壁、天
井等に張設して用いるということはできない。
【0005】また、実開平5−45689号公報には
「圧電プラスチック製のフィルム状スピーカ」を用いる
と記載されているが、そのフィルム状スピーカの実態は
不明である。また、たとえそのようなスピーカが存在す
るとしても、音響室の壁面全体の大きさのフィルム状ス
ピーカは極めて高価なものになると考えられる。
【0006】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、音響室
の壁面全体から音を出すことのできる、現実的コストで
施工可能な膜発音器を提供することにある。
【0007】また、その膜発音器を別の用途に使用する
方法についても開示する。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る膜発音器は、 a)膜と、 b)上記膜に張力を与えるための張力付与手段と、 c)張力付与手段により張力を与えられた膜の中心を囲う
ように付着された複数の加振体と、 を備えることを特徴とする。
【0009】上記は膜全体を同一位相で振動させる1:
1モードで使用する場合の配置であるが、その他に、膜
を複数のほぼ同一形状の区画に区分し、隣接区画毎に反
転位相となるように振動させることもできる。例えば、
図4(a)は2:1モード、(b)は3:1モード、
(c)は2:2モードで振動させる場合の加振体20の
配置及び振動位相の例を示したものである。このように
膜11を高次モードで振動させることにより、より高周
波域で出力を上げることができるようになる。
【0010】なお、複数の加振体20を高次モードに対
応して配置しておけば、それらを低次モードで振動させ
ることも可能となる。例えば、図4(d)は(c)と同
じ配置でありながら、各加振体20の振動の位相を同一
とすることにより、膜11を1:1モードで振動させる
例を示したものである。この場合、出力させようとする
音の内容(高さ)に応じて振動モードも変化させること
により、より広範囲の音に対応した膜発音器とすること
ができる。
【0011】加振体としては、音波域の振動を膜に付与
することのできるものであれば何でもよいが、一つの好
適な例としては圧電素子を挙げることができ、別の例と
しては通常のスピーカに用いられるボイスコイルを挙げ
ることができる。
【0012】膜の振動の大きさはもちろん加振体の配置
に依存する。そこで、膜を最大限に振動させるために加
振体の配置を次に検討する。x−y平面上のy方向に置
いた幅Lの無限長の(すなわち、x方向の幅がL、y方
向の長さが無限大の)膜を考える。この膜のx=a及び
x=L−aの位置に、同様にy方向に無限に長い加振体
を配置する。図5に示すように、x=a及びx=L−a
の位置で膜に垂直方向の力Fを加えた場合の膜の変位を
hとすると、Fとhの間には次のような関係がある。 F=k・h・(1−a/(a2+h2)1/2) …(1) ここでkは膜の弾性率である。このとき生じる変位の総
和(図5の台形の面積)は、膜にゆっくりと力を加えた
場合の変位部分の体積の変化速度(体積速度)Sに比例
する。 S=(L−a)・h …(2)
【0013】式(1)、(2)よりaとSの関係を図示
すると、図6のようになる(図6ではL=1mとして計
算している)。この場合、体積速度Sが最大となる加振
点は、a=0.4Lのところである。これを例えば横2
m、縦3mの膜に適用した場合、最適な加振体の配置場
所は図7のとおりとなる。
【0014】また、別の考え方として、平面波の波面の
体積速度が最大となるように加振体を配置させることも
できる。この場合、膜の変化部分として面に平行な部分
(図5のハッチングを施した矩形部分)のみを考慮する
ことになり、式(2)の代わりに次の式(3)を用いる
ことになる。 S2=(L−2a)・h …(3)
【0015】この場合、aとSの関係は図8のようにな
り、体積速度S2が最大となる加振点はa=0.2Lの点と
なる(図8でも同様にL=1mとして計算している)。
図7と同じ寸法の膜の場合、最適加振体配置は図9のよ
うになる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の一つの実施形態を図1に
より説明する。図1は本発明に係る膜発音器を建築物の
壁面に設けた例を示すものである。
【0017】発音体である膜11の4辺にはそれぞれ膜
エッジ12が固定され、各膜エッジ12の両端近くには
それぞれフック13が固定されている。フック13には
それぞれワイヤ14が掛けられ、各ワイヤ14はワイヤ
巻取器15により巻き取られるようになっている。ワイ
ヤ巻取器15は建築物の上下の梁16、16及び左右の
柱17、17に固定され、これらワイヤ巻取器15でワ
イヤ14を引っ張ることにより、膜11に所望の張力が
与えられる。
【0018】膜11には、その中心Cを囲うように、複
数の圧電素子20が固定されている。図1の例では8個
の圧電素子20が使用されているが、これは4個、12
個等でもよい。また、任意個数を円形に配置してもよ
い。各圧電素子20は膜エッジ12に設けられたターミ
ナル21を介して制御回路22に接続される。なお、圧
電素子20とターミナル21を接続する配線23には細
い金属導線を用いてもよいが、膜11の表面に塗布した
導電塗料(及び、必要であればその上に塗布した保護
膜)で構成することもできる。
【0019】図2に示すように、制御回路22には各圧
電素子20を振動させるための音声周波電圧を供給する
ためのドライバ25、各ドライバ25に音声信号を供給
するためのアンプ(SIGNAL)26及び電源(POWER)2
7等が設けられている。アンプ26へは、外部からの音
声信号が入力される。
【0020】本発明は、膜11に張力を与え、それを振
動させることにより膜11全体で発音させるものである
ため、膜11にはそれ自体剛性を持たないものを用い
る。そのような膜11の材質としては、必要な音質・音
量を与えるための張力に耐える十分な強度を有するもの
であればいかなるものをも用いることができるが、長期
間に亘る安定性等を考慮すると、ガラス繊維を用いた織
布、特に、球場等のドーム建造物に用いるガラス繊維布
(面密度0.3〜0.6kg/m2、厚さ0.2〜0.5mm程度のもの)
が推奨される(例えば、面密度0.5±0.1kg/m2、厚さ0.3
5±0.1mmの商品名ファブラソーブ)。この場合、張力は
2〜3kgf/cm程度となる。
【0021】この膜発音器の使用方法は次の通りであ
る。まず、膜11の4辺に膜エッジ12を固定し、各ワ
イヤ巻取器15から引き出したワイヤ14の先をフック
13に固定する。そして、各ワイヤ巻取器15によりワ
イヤ14を巻き取り、膜11のほぼ全面に均等な張力を
与える。膜発音器では、膜11の張力により出力の音質
が変化する。すなわち、張力を大きくすると固有振動モ
ードの周波数が高い方へ移動するため、聴感的に音を大
きくすることができる。しかし、あまりに張力を強くし
過ぎると、膜11自体が伸び、或いは膜エッジ12によ
る膜11の固定がずれて、使用途中に音質が変化する。
従って、使用する膜11及び膜エッジ12に応じてこの
ような伸び或いはズレが生じない最大の張力を予め求め
ておき、膜11をそのような張力で張っておくことが望
ましい。
【0022】所定の張力で膜11を張設した後、ターミ
ナル21を制御回路22に接続し、制御回路22に外部
の音声信号を入力する。これにより、全圧電素子20が
同位相・同一振幅で振動し、膜11全体を振動させ、音
を出す。
【0023】膜11の張設は図3のような簡便な方法を
用いることもできる。この例は、金属パイプ製等の十分
な剛性を有する枠18に膜11をロープ19で張設した
ものである。膜11に十分な張力を安定して付与するた
め、ロープ19には伸縮の少ないガラス繊維製又は金属
製のものを用いることが望ましい。
【0024】なお、ステレオ音源とするためには、図1
(又は図3)のような膜発音器を2個横に並べることも
できるが、構造的に制約のある場合やすっきりした外観
が望まれる場合には、図4(e)に示すように、1枚の
膜11の左右に振動体(圧電素子)20群を固定し、左
右の振動体20群に別個の(左右音の)信号を与えて独
立に振動させるようにしてもよい。また、より多数の膜
発音体を配置することにより、サラウンド音源等のマル
チ音源を構成することもできる。
【0025】上記実施形態は膜11を能動的な発音体と
して用いたものであるが、次に、コンサートホール等の
音響室内の残響を調節するための受動的アクチュエータ
として用いる実施形態を紹介する。図10に示すよう
に、コンサートホール等の音響室31周囲の壁及び天井
に、上記膜発音器と同様の構造を有する残響調節膜32
を設置する。なお、側壁の場合はドアがあるため、その
上枠よりも上の部分にのみ設けるか、或いはドアとドア
の間に設ける必要がある。
【0026】音響室31内にはマイクロフォン33を設
け、音響室31内の空気の振動状況(音波)を検出す
る。検出された音波は図11に示す制御回路35に送ら
れ、アンプ36を通して残響調節部37に入力される。
残響調節部37では、音響室内の空気の振動Sに対して
同位相又は反転位相の振動Rの残響調節信号を生成す
る。音響室内の残響時間を短くしたい場合は図12に示
すように反転位相の残響調節信号Rを残響調節膜32に
送り、残響時間を長くしたい場合は検出音波Sと同位相
の残響調節信号Rを残響調節膜32に与える。このよう
な残響調節信号Rの極性及び振幅は、外部(操作者、コ
ンピュータ出力等)から与えられる残響時間指示信号に
基いて調節する。なお、場合によっては極性・振幅を変
化させるだけでなく、位相をずらせる処理を含めてもよ
い。これにより、音響室31内の残響が所望の値に調節
される。
【0027】なお、膜の表面は一般的に音の反射率が高
いため、表面に吸音性の素材(例えば、グラスウール
等)を貼った上で上記のような残響時間の制御を行うこ
とが望ましい。
【0028】
【発明の効果】本発明の第1形態によれば、建築物・構
造物の壁面・天井面や映写スクリーン等の膜構造物全体
から音を出すため、内部の人に対して、通常の小音源と
は異なり、空間的な広がりを持つ独特の音感を与えるこ
とができる。これにより、音のみ、或いは音と壁面(+
天井面)への映像投映とを組み合わせることにより、よ
り高品質のバーチャルリアリティ(仮想現実)場を提供
することができる。
【0029】また、本発明の第2形態によれば、コンサ
ートホール等の音響室内の残響を任意の時間に変化させ
ることができる。これにより、ホールに使用目的に応じ
た音響特性を付与することができるほか、コンサート等
に特殊な音響効果を付与することもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態である膜発音器の正
面図。
【図2】 その膜発音器の制御回路の内部構成図。
【図3】 膜発音器の別の構成例を示す正面図。
【図4】 加振体の各種配置例を示す説明図。
【図5】 膜における加振体の配置と膜の振動の体積速
度との関係を考察するための説明図。
【図6】 加振体の位置aと膜の振動の体積速度Sの関
係のグラフ。
【図7】 上記場合の最適加振体配置図。
【図8】 別の前提の下での加振体の位置aと膜の振動
の体積速度Sの関係のグラフ。
【図9】 上記場合の最適加振体配置図。
【図10】 本発明の第2の実施形態である残響調節装
置をコンサートホールに設置した例を示す平面配置図。
【図11】 残響調節装置の制御回路の内部構成図。
【図12】 残響調節信号の一例を示す波形図。
【符号の説明】
11…膜 12…膜エッジ 15…ワイヤ巻取器 16…梁 17…柱 20…圧電素子 21…ターミナル 22…制御回路 25…ドライバ 31…音響室 32…残響調節膜 33…マイクロフォン 35…制御回路 37…残響調節部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5D004 AA01 AA07 CC01 CC08 DD01 EE01 FF08 FF09 5D016 AA01 CA01 DA10 EA08 FA03 HA06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)膜と、 b)上記膜に張力を与えるための張力付与手段と、 c)張力付与手段により張力を与えられた膜の中心を囲う
    ように付着された複数の加振体と、 を備えることを特徴とする膜発音器。
  2. 【請求項2】 a)膜と、 b)上記膜に張力を与えるための張力付与手段と、 c)張力付与手段により張力を与えられた膜を複数の区画
    に略等区分し、各区画の中心を囲うように付着された複
    数の加振体と、 を備えることを特徴とする膜発音器。
  3. 【請求項3】 加振体が圧電素子である請求項1又は2
    に記載の膜発音器。
  4. 【請求項4】 a)音響室の内壁に張設された膜と、 b)上記膜に張力を与えるための張力付与手段と、 c)張力付与手段により張力を与えられた膜に付着された
    圧電素子と、 d)音響室内に設けられた音センサと、 e)音センサの出力を参照して、音響室内の残響時間を調
    節するように上記圧電素子を駆動して膜を振動させる残
    響調節手段と、 を備えることを特徴とする残響調節装置。
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