JP2002511681A - 音響装置 - Google Patents

音響装置

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JP2002511681A
JP2002511681A JP2000542951A JP2000542951A JP2002511681A JP 2002511681 A JP2002511681 A JP 2002511681A JP 2000542951 A JP2000542951 A JP 2000542951A JP 2000542951 A JP2000542951 A JP 2000542951A JP 2002511681 A JP2002511681 A JP 2002511681A
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JP2000542951A
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ヘンリー アジマ
ヨエルク パンツェル
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ニュー トランスデューサーズ リミテッド
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • H04R7/045—Plane diaphragms using the distributed mode principle, i.e. whereby the acoustic radiation is emanated from uniformly distributed free bending wave vibration induced in a stiff panel and not from pistonic motion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
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Abstract

(57)【要約】 一つの観点によれは、本発明は、例えば、対向した表面を有する共振マルチモード音響放射パネル、音響出力を生成するために共振パネルに対し撓み波振動与えるように配置された励振器、及び一方のパネル表面の少なくとも一部を取り囲む空洞部を規定するとともに、前記パネル表面の一部からの音響放射を抑制するように配置された手段を備え、空洞部がパネルのモードの特性を変更できるようにした拡声器等の音響装置である。本発明は、共振パネルを境界表面近傍に配設し、それらの間に共振空洞部を規定する段階を含む共振パネル音響装置のモード特性を変更するための方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は音響装置に関し、より詳細には、これに限るものではないが本出願人
の国際出願ＷＯ９７／０９８４２号に記載されたような共振マルチモードパネル
音響放射体を組み込んだ拡声器に関する。
【０００２】 （背景技術） ＷＯ９７／０９８４２号に記載されたような拡声器は、分布モード（ＤＭ）拡
声器として知られている。 通常、分布モード拡声器（ＤＭＬ）には、複合的拡散様式で両側から均等に音
響エネルギーを放射する薄くて軽く平坦なパネルが組込まれている。これはＤＭ
Ｌの有用な特質であるが、用途やそれらの境界要件のために単極形式のＤＭＬの
方が好まれるというような様々な現実的状況がある。 このような用途において、この製品は、軽くて薄く邪魔にならないものにする
ことができるという利点を持っている。 マルチモード共振音響放射体を比較的浅い密閉箱型に取り付けることによって
、この放射体の一面からの音響放射を抑制するようにしたものが国際特許出願Ｗ
Ｏ９７／０９８４により知られている。これに関連して、本明細書での「浅い」
という用語は、容積効率の良いエンクロージャにおけるピストンコーン方式拡声
器駆動ユニットの典型的な寸法比に対応することを意味するものである。通常の
ピストンダイヤフラム面積に対する容積の比はミリリットル/平方センチメート
ルで表すと８０：１程度である。ひと集合体の大気容積をピストン駆動すること
には殆ど関係しない共振パネル拡声器用の浅いエンクロージャでは、２０：１の
比とすることができる。
【０００３】 （発明の開示） 本発明によれば、音響装置は、対向した表面を有する共振マルチモード音響共
振器つまり放射パネルと、少なくとも一方のパネル表面の一部を包み込む空洞部
を規定し、前記パネル表面の一部からの音響放射を抑制するように配置された手
段を備え、空洞部がパネルのモード特性を変更できるようにされている。この空
洞部は密閉することができる。音響出力を生成するため、撓み波振動を共振パネ
ルに与えるように励振器を配置することにより、装置を拡声器として機能させる
ことができる。
【０００４】 空洞部の大きさにより、パネルのモードの特性を変更することができる。 空洞部は浅くすることができる。前記一方のパネル表面に隣接する内部空洞部
表面とその一方のパネル表面との距離がパネルに対する流体結合を引き起こす範
囲において十分小さくなるように、空洞部を十分浅くすることができる。空洞部
内の共振モードは、パネルに平行な即ちパネルに平行に変調する横モードと、パ
ネルに直角な垂直モードとを含む。パネルのモード特性の変更が、横モード（ｘ
、ｙ）において垂直モード（ｚ）よりもより顕著になされるように、空洞部を十
分に浅くすることが好ましい。各実施形態では、垂直モードの周波数は、関心の
ある周波数の範囲外とすることもあり得る。 パネル面積に対する空洞部容積の比（ミリリットル：平方センチメートル）は
、１０：１より小さく、例えば約１０：１から０．２：１の範囲とすることがで
きる。
【０００５】 パネルは、一般的に慣用化されている弾性力を持つ周辺体によってパネル端部
で成端することができる。この周辺体は、従来のピストン駆動ユニットのロール
状周辺体に似ており、１つ又はそれを越える波形を持つものとすることができる
。弾性周辺体は、フォームラバーで作った帯板とすることができる。 その代わりとして、例えば本出願人の同時係属の１９９９年３月３０日付国際
特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９９／００８４８号に記載されているように、パネルの端
部をエンクロージャ内にクランプすることもできる。
【０００６】 このようなエンクロージャは、波のような特性をすると考えることができる表
面と、流体（大気）及び次元即ち容積を持つ箱型幾何学形状の双方に依存する特
定の特性とを持つ流体が入った浅いトレイとして考えることができる。パネルは
、この能動的な波動表面と結合した接触状態で設置され、パネルの表面波励振に
よって流体が励振される。反対に、流体の固有波動特性は、パネルと相互作用す
ることによりパネルの特性を変更する。これは、本分野における新しい音響特性
を持つ複合的結合システムである。 エンクロージャ内に例えば単一のバッフルのようなバッフル部を設ける及び／
又はエンクロージャ内に周波数の選択的吸収部を設けることによって、パネルの
モード特性を微妙に変化させることができる。 他の観点によれば、本発明は、共振パネル拡声器即ち共振器のモード特性を変
更するための方法であり、この方法は、共振パネルを境界表面の極近傍に配設し
、それらの間に共振空洞部を規定する段階を含む方法である。
【０００７】 （発明を実施するための最良の形態） 図面において、特に図１及び２を参照すると、密閉された箱型拡声器１は、Ｗ
Ｏ９７／０９８４２号に記述されたような共振パネル方式の音響放射体５によっ
て空洞部１３を規定するように前面部を密閉された箱型形エンクロージャ２を備
える。音響放射体５は、励振器４によってエネルギーを与えられるとともに、そ
の周辺部周囲のエンクロージャに対し弾性のある懸架体６によって密封されてい
る。懸架体６は対向する弾性帯板７を備え、この弾性帯板は、例えば、フレーム
８を形成するように固定具１１によって結合されたＬ断面フレーム部材９、１０
の各々の内部に取り付けられたフォームラバーで作られる。エンクロージャ２の
後壁３の内表面１４には、後壁の振動を最小とするように補強リブ１２が形成さ
れる。エンクロージャは、補強リブを加えたプラスチック成形品又は鋳造品とす
ることができる。 本実施形態におけるパネル寸法はＡ２とするとともに、空洞部１３の深さを９
０ミリメートルとすることができる。
【０００８】 図３における拡声器の実施形態は、全体としては、図１及び２の拡声器の実施
形態に類似しているが、ここでの放射パネル５は、フォームラバー等で作られた
単一弾性帯板の懸架体６上に取り付けられており、この懸架体は、空洞部を密閉
するように放射体５の端部とエンクロージャとの間に介設されている。放射パネ
ルの寸法はＡ５とするとともに、空洞部の深さを約３ミリメートル又は約４ミリ
メートルとすることができる。
【０００９】 図１乃至３の実施形態は、拡声器に関するものであるが、図１乃至３のような
一般的な手段、但し励振器４を省略したものを使用することにより、会議室や講
堂等の空間の音響特性を変更するための音響共振器を作ることも可能である点は
認識されるであろう。 この形式の配置でのパネルが、ピストン方式の拡声器に比較して、振動板の寸
法に対しかなり小さなエンクロージャ容積によって非常に有用な帯域幅を提供し
得ることが示される。この境界の分布モード作用との最小相互作用をもたらすメ
カニズムが調査され、概して、変化の少ない出力応答を実現するために必要とさ
れるのは、簡単な受動等化回路網だけとすることができる点も更に示される。ま
た、ＤＭＬが２Pi空間の中にその作動周波数範囲にわたり理想に近い半球状指向
性パターンを作り出すことことができる点も明らかにされる。 パネルとエンクロージャとの組み合わせから成る結合システムに関する撓み波
方程式を解いた結果としての密閉形式の解が示される。システムの音響インピー
ダンス関数が求められ、次にそれは、結合されたエンクロージャが固有周波数に
与える影響を計算するために使われ、更に、プレートモードへの関連する転換や
添加が予測される。 最後に、多くのパラメータ及び寸法を変えた多数のサンプルの実験測定データ
が調査され、その測定値が解析モデルからの結果と比較される。
【００１０】 図４は自由ＤＭＬの典型的な極応答を示す。パネル平面における圧力減少は、
端部又はその近傍での音響放射の相殺効果によるものであることに留意されたい
。自由ＤＭＬが、境界、特に境界表面に平行になるようにされる場合、表面積が
約５００平方センチメートルのパネルに関しては、境界表面までの距離が約１５
センチメートル未満に減少すると音響干渉が起こり始める。この効果の激しさや
特性は、パネルの寸法と同様に境界までの距離によって変化する。それにもかか
わらず、結果において変化しないのは、図５の例で示すような低周波数拡大部分
の減少、低目の中音域帯における応答のピーク化、及び中音域や低目の高音使用
域でのいくらかのずれがあるということである。このために、ピークは容易に補
正できるものの、境界近傍での「自由」ＤＭＬの使用は、かなり限定的なものと
なる。
【００１１】 ＤＭＬが十分大きな容積の密閉された箱型又は所謂「無限バッフル」内に設置
される場合、放射は、パネル後部により抑制されるとともに、前部の放射は、そ
の中低周波数応答において全体的に補強され、二つの面から恩恵を受けることに
なる。１つは、自由パネル寸法に見合う大気中での音波長を有する周波数におい
て、前部及び後部の放射によって生じる干渉効果がないことによるもので、２つ
目は、バッファリング及び２Pi空間への放射による中低周波数境界の強化からで
あり、これについては図６を参照されたい。ここでは、表面積０．２５平方メー
トルのパネルから１００ヘルツでほぼ２０デシベルの補強が得られることが判る
。
【００１２】 これは、帯域幅を最大化する際の明確な強みであるが、適用装置自身をこのよ
うな問題解決手法に適合させることなくして実際に組み込むことは不可能であろ
う。好適な用途としては、タイル天井型拡声器やカスタム壁埋め込み設備等があ
る。 様々な他の用途においては、パネル背後に贅沢な大容積の密閉された大気を備
えることなく「無限バッフル」構成の利点を利用するということを明確な強みと
することができる。また、このような用途では、拡声器全体の薄さと軽さからの
恩恵を受けることができる。本発明の目的は、この形式の配置に対する理解をも
たらすとともに、解析的な問題解決手法を提供することにある。
【００１３】 様々な動作モードにおける従来型のピストン方式の拡声器、特にエンクロージ
ャ内で使用される場合の動作モードの低周波数特性を予測する際には、これは相
当量の作業によって支えられている。分布モード拡声器はごく最近開発されたも
のであり、従って、類似した解析の派生問題解決手法を使っての支援に関連する
問題の先行知識は実質的に存在しない。以下においては、小さなエンクロージャ
を取り付けることを含む様々な機械音響インターフェイス条件で配置されるＤＭ
Ｌに関する有用な一連の問題解決手法を提供するアプローチが取られる。
【００１４】 解析されるシステムを図７に概略的に示す。この例においては、パネルの前面
は自由空間に放射し、反対面にはエンクロージャが取り付けられている。この組
み合わせシステムは、速度の回路網として取り扱うことができ、圧力は図８のブ
ロック図で示される。構成部品は、左から右に電気機械駆動部、パネルのモード
システム、及び音響システムである。
【００１５】 振動パネルを横断する撓み波フィールドの正常な速度が、振動パネルの音響放
射をもたらす。この放射は、次にパネル振動を変更する反作用を起こす力となる
。両面から等しく放射するＤＭＬの場合、反作用成分である放射インピーダンス
は、通常、パネルの機械インピーダンスに比較するととるに足りないものである
。しかし、パネルが小さなエンクロージャ中に放射する場合、その後部放射によ
る音響インピーダンスの影響はもはや小さくなく、事実それはパネルのモダリテ
イのスケールを変更し添加する。
【００１６】 図９に示すように、この結合は、反作用音圧がパネルの速度自体に起因するよ
うな機械音響閉ループ系に相当する。この圧力は、撓み波フィールドのモード分
布を変更し、次に、変更されたモード分布は、パネルの音圧応答及び指向性に影
響を及ぼす。 指向性を計算するとともにシステム内の力及び流れを検査するために、プレー
ト速度を求めることが必要である。次に、この遠距離フィールド音圧応答は、Ｐ
ＡＮＺＥＲ，Ｊ、ＨＡＲＲＩＳ，Ｎによる「分布モード拡声器放射シミュレーシ
ョン」と題する、１９９８年サンフランシスコ第１０５回ＡＥＳ会議＃４７８３
の論文に記載されたように、この速度のフーリエ変換を用いて得ることができる
。次に、力及び流れは、回路網解析を用いて見つけることができる。この問題は
、ＣＲＥＭＥＲ，Ｌ、ＨＥＣＫＬ，Ｍ、ＵＮＧＥＲ，Ｅ著「構造が生む音」、Ｓ
ＰＲＩＮＧＥＲ社、１９７３年、及びＢＬＥＶＩＮＳ，Ｒ．Ｄ著「固有周波数及
びモード形状のための公式」、ＫＲＩＥＧＥＲ出版社、Ｍａｌａｂａｒ１９８４
年に説明されているように、全システムの速度及び圧力を、真空内パネルの固有
関数（３，４）によって展開することにより解決を図ることができる。例えば、
パネル上のいかなる点の速度も方程式（１）から計算することができる。 （１）
【００１７】 この系は、直接の音響境界と同様に電気機械的集中素子回路網とも結合した場
合、プレート撓み波を表す微分方程式、つまり方程式（２）の解をに相当する。 ＬB｛ｖ(x 、 y)｝−μ・ω2・ｖ(x 、 y)＝ｊω・ｐm(x 、 y)−ｊω・ｐa(x 、 y) （２）
【００１８】 ＬBは、ｘ及びｙの４次の撓み剛性の微分演算子であり、ｖは撓み波速度の法
線成分である。μは単位面積当りの質量であり、ωは駆動周波数である。パネル
は、機械的駆動圧力ｐm、及び音響反作用音圧フィールドｐaにより乱されており
、これについては図７を参照されたい。 方程式（１）の並びの各項は、モード速度又は手短に「モード」と呼ばれる。
モード分解は、フーリエ変換に関連した正弦及び余弦関数と直交性特性を共有し
ている固有関数φpiを有する一般化フーリエ変換である。φpiの直交性特性は、
微分方程式（２）に対し適切な解を与えるための必要条件である。一連の固有関
数及びそれらのパラメータは、微分方程式（２）の相同の変形、例えば駆動力を
オフに切換えた後の式から求められる。この場合、境界条件を満足するには、パ
ネルはその固有（natural又はeigen）周波数 においてのみ振動することができる。
【００１９】 方程式（２）において、φpi(x 、 y)は、速度が観察される位置におけるｉ番目
のプレート固有関数の値である。φpi（ｘ0、ｙ0）は、駆動力Ｆpi(j ω )がパネ
ルに印加される位置における固有関数である。駆動力は、（ｘ0、ｙ0）における
駆動アクチュエータ、例えば励振器、懸架体、等々と結合した電気機械構成部品
の変換関数を含む。駆動力は、駆動点におけるパネル速度に依存しているので、
実際には影響が非常に小さいとはいえ、機械音響結合と類似したフィードバック
状況が駆動点（ｓ）に存在する。
【００２０】 図１０はＤＭＬパネルを横断する単一固有関数の速度の大きさの分布を示す。
黒線は速度が０の節線である。モード指数が増大するにつれ、速度パターンが益
々複雑になっていく。中位の大きさのパネルで可聴範囲を網羅するには、合計約
２００モードとしなければならない。 モードアドミッタンスＹpi(j ω )は、モードの重み関数であり、その振幅によ
り求められ、更に、その位相において、ｉ番目のモードが方程式（１）の和に関
与する。方程式（３）に表されるように、Ｙpiは、駆動周波数、及びプレート固
有値に依存し、更に、本明細書において最も重要な点であるが、自由フィールド
放射によるインピーダンスと共にエンクロージャの音響インピーダンスにも依存
する。 （３） ｓp＝ｓ／ωpは、基本パネル周波数ωpに対し正規化されたラプラス周波数変数
であり、ωpは、順次、パネルの撓み剛性Ｋp及び質量Ｍpに依存している、換言
すればωp 2＝Ｋp／Ｍpである。Ｒpiは、材料損失によるモード抵抗であり、ｓp
＝λpiである場合の共振時のＹpi(j ω )の値を表している。λpiは、尺度因子で
あり、方程式（４）に表されているようにｉ番目のプレート固有値λpi及び全放
射インピーダンスＺmaiの関数である。 （４）
【００２１】 真空の場合（Ｚmai＝０）、方程式（３）における第２項は制振因子ｄpiを含
む２次のバンドパス変換関数になる。図１１は、端部でクランプ止めされた時の
、パネルの最初の１０モードの場合の真空中でのＹpi(j ω )の周波数応答の振幅
を示している。パネルの固有周波数はこれらの曲線のピークと一致する。 ここで、同じパネルがエンクロージャに取り付けられるとすると、モードは、
図１２に示すように、周波数に対して移動するだけでなく、変更もされる。これ
は、パネル及びエンクロージャの２つのモードシステムの間の相互作用の結果と
して引起されるものであり、この場合、全体システムのモードアドミッタンスは
、もはや真空内の場合のように二次の関数ではない。実際、方程式（３）の分母
は生じた拡大特性関数を反映する高次の多項式に拡張される。
【００２２】 図１３の周波数応答グラフは、パネル速度スペクトルに働くエンクロージャの
影響を示している。二つの周波数応答曲線は、同一の駆動条件下で計算されてい
るが、左方のグラフは真空の場合を示し、右のグラフは両側のパネルにエンクロ
ージャが取り付けられている場合の速度を示す。この例では、大気の放射インピ
ーダンスを排除するために、二重エンクロージャが使われた。観測点は励振器の
駆動点である。右の図において、パネルの固有周波数の高周波数側への移動が明
瞭に見られ、これは図１２においても見られる。エンクロージャの影響及びそれ
によるモードの数及び密度の増加の結果として、速度スペクトルを表すより均一
な分布曲線が得られることは注目に値する。
【００２３】 機械放射インピーダンスは、放射による反作用力とパネル速度との比である。
単一モードの場合、放射インピーダンスはパネル領域を通じて一定であると見な
すことができ、単一モードの音響放射出力Ｐaiによって表わすこともできる。従
って、ｉ番目のモード放射インピーダンス方程式（５）によって表しても良い。 （５）
【００２４】 ＜ｖi＞は、ｉ番目のモードと結合したパネルを横断する平均速度である。こ
の値は平方され、従って常に正の実数であるので、放射インピーダンスＺmaiの
特性は、一般に複素数値である音響出力の特性と直接に関係している。Ｐaiの実
数部分は、放射された遠距離フィールド出力と等しく、Ｚmaiの抵抗性部分に関
与してパネルの速度フィールドの減衰を引き起こす。Ｐaiの虚数部分は、結合シ
ステムのエネルギー蓄積メカニズムによって生じ、Ｚmaiのリアクタンスの正又
は負の値によって変動する。
【００２５】 正のリアクタンスは、音の集合体の存在によって生じる。これは、例えば自由
空間への放射が典型的なものである。一方、Ｚmaiの負のリアクタンスは、その
等価剛性を備えた密閉エンクロージャの存在を示している。物理用語で言えば、
「集合体」型放射インピーダンスは、圧縮を伴わない大気の移動によって引き起
こされ、他方「バネ」型インピーダンスは、大気がそれを変化することなく圧縮
される場合に存在する。
【００２６】 放射インピーダンスの虚数部分の主要な影響は、パネルの真空中における固有
周波数の移動である。Ｚmai（質量）の正のリアクタンスは、プレート固有周波
数の下方への移動を引き起こし、負のリアクタンス（剛性）は、固有周波数を上
方へ移動する。特定の周波数において、パネルモードそれ自体が、どの影響が支
配的であるのかを決定する。この現象は図１４の図表によって明らかにされてお
り、これは対称モード形状が大気の圧縮、「バネ」的特性を引き起こし、これに
対し、非対称的モード形状が大気を横方向に移動し、音響の「集合体」的特性を
生む。それらが切り離されている場合には、どちらのシステムにも存在しない新
しいモードがパネル及びエンクロージャの相互作用によって生み出される。
【００２７】 図１５は、エンクロージャの放射インピーダンスの虚数部分の周波数応答を示
している。左側のグラフは、対称型パネルモードによって典型的に生成される「
バネ型」リアクタンスを示す。第１のエンクロージャの固有周波数までは、リア
クタンスは大部分負である。この周波数領域にある真空中のパネルの固有周波数
は上方へ移動される。対照的に右の図表は対称型パネルモードによって典型的に
生成される「集合体型」リアクタンスの特性を示している。
【００２８】 エンクロージャが密閉されており、パネル表面に平行な硬い壁を備えていると
すると、その場合には、ここで示す実施形態のように，ｉ番目のパネルモードに
関する機械的放射インピーダンスは、（５）である。 （６）
【００２９】 ψ(i 、 k 、 l)は、断面境界条件を考慮するとともに、プレート及びエンクロージ
ャの固有関数を使用して求められる解である。方程式（６）の指数ｉは、プレー
トモード数であり、Ｌdzは、エンクロージャの深さであり、ｋzは、モードのｚ
−方向（パネルの垂直方向）の波数成分である。硬い矩形エンクロージャの場合
、ｋzは方程式（７）によって表される。 （７） 指数ｋ及びｌは、エンクロージャのｘ及びｙ方向の横モード数であり、この場
合、Ｌdx及びＬdyは、ｘ及びｙ平面におけるエンクロージャの寸法である。Ａ0
は、パネル面積であり、Ａdは、ｘ及びｙ平面におけるエンクロージャの断面積
である。
【００３０】 方程式（６）は複雑な関数であり、パネルモード及びエンクロージャモードの
相互作用を詳細に表している。この数式の性質を理解するために、本システムを
パネルの第１モード及びエンクロージャのｚ−モードのみ（ｋ＝ｌ＝０）に限定
することによってそれを単純化してみよう。これは次の単純な関係式になる。 （８）
【００３１】 方程式（８）は、閉管路（６）の公知の駆動点インピーダンスである。もし積
ｋz・Ｌdz＜＜１ならば、さらに単純化されて以下のようになる。 （９） ここでＣab＝Ｖb／（ρa・ｃa 2）は、容積Ｖbのエンクロージャの音響学的コン
プライアンスである。方程式（９）は、エンクロージャの低周波数集中素子モデ
ルである。音源がコンプライアンスＣmsを有する懸架体を備えた質量Ｍmsの硬い
ピストンであれば、基本「モード」は固有値λpo＝１を有し、方程式（４）の結
合システムの尺度構成因子は、方程式（１０）、［１］ （１０） で示されるように、エンクロージャの大気容積Ｃmb＝Ｃab／Ａ0 2の等価機械コン
プライアンスを持つ公知の関係式になる。
【００３２】 ＤＭ拡声器の浅い後部エンクロージャの効果を調査するために様々なテストが
行われた。エンクロージャ内のＤＮＭパネル特性の一般的な洞察に加え、理論モ
デルを検証し、このようなモデルがＤＭＬモデルとそのエンクロージャとの結合
モードシステムの特性を精確に予測する範囲を確立するのに役に立つ実験が計画
された。
【００３３】 異なった寸法及び容積特性を有するＤＭＬパネルがこのテスト対象に選択され
た。十分な尺度範囲を網羅するように、これらが一方では寸法が十分に異なり、
他方ではそれらの容積特性が有意な相違を有する様に決定された。第１の「Ａ」
組は、３つの異なる容積機械的特性を備えた１４９ミリメートルｘ２１０ミリメ
ートルの小さなＡ５サイズのパネルとして選択された。これらはポリカーボネイ
トのハニカムにポリカーボネイトの被膜を有するＡ５−１、ロハセル（Ｒｏｈａ
ｃｅｌｌ）を炭素繊維で覆ったＡ５−２、及び被膜無しのロハセルＡ５−３であ
った。「Ｂ」組は、８倍大きくなるように選ばれて４２０ミリメートルｘ５９２
ミリメートルのほぼＡ２サイズであった。Ａ２−１は、ポリカーボネイトのハニ
カムにガラス繊維の被膜で構成され、Ａ２−２は、炭素繊維被膜を有するアルミ
ニウムハニカムであった。表１は、これらの対象の容積特性のリストである。起
動は最適位置に置いた単一ダイナミック可動コイル励振器によって得られた。二
つのタイプの励振器が使用され、この場合、それらはテストするパネルの寸法に
最も適していた。Ａ２パネルの場合，Ｂｌ＝２．３Ｔｍ、Ｒｅ＝３．７Ω、Ｌｅ
＝６０μＨ、を有する２５ミリメートルの励振器が採用され、小さなＡ５パネル
の場合，Ｂｌ＝１．０Ｔｍ、Ｒｅ＝７．３Ω、Ｌｅ＝３６μＨ、を有する１３ミ
リメートルのモデルが使用された。
【００３４】 パネルは柔らかいポリウレタンフォームを懸架体兼音響シールに使用し、調節
可能な深さで後部エンクロージャに取り付けられた。エンクロージャは［Ａ］組
では、１６、２８、４０、及び５３ミリメートル、［Ｂ］組パネルでは、２０、
５０、９５、及び１３０ミリメートルに調節可能にされた。全てのテストケース
の異なったエンクロージャの深さで種々な測定が実行され、結果が記録された。
【００３５】 パネルの速度及び変位がレーザ振動計を使用して測定された。関心のある周波
数の範囲は、１６００点の線形周波数尺度で網羅された。図１６に示す設定が、
加えられた力と駆動点におけるパネル速度の比を計算することによってパネルメ
カニズムインピーダンスを測定するために使用された。
【００３６】 この手順において、加えられた力は、励振器の大気集合体パラメータ情報から
計算される。パネル速度それ自体は、電気機械回路にフィードバックされるが、
その結合は非常に弱い。励振器Ｂｌの小さい値（１−３Ｔｍ）に対して、駆動ア
ンプ出力インピーダンスが低い（定電圧）と仮定すれば、この仮定が正しいのを
立証するかの如く、電気機械システムへ戻るモード結合は十分に小さいことが示
される。従って、この近似から生じる小さな誤差は無視された。図１８ａ乃至ｆ
は、パネル速度の測定値及びレーザ振動計の測定による加えられた力から導き出
されたＡ５−１及びＡ５−２パネルの機械インピーダンスを示す。エンクロージ
ャの各深さでの最小値が、システム共振モードで起きていることに注目されたい
。
【００３７】 種々なパネルの音圧レベル及び極応答は、３５０立法メートルの大空間で測定
され、測定に応じてＭＬＳＳＡを使用し無反響応答のために１２乃至１４ｍｓで
ゲート制御した。出力測定は、図１７ｄに示すような９マイクロフォン配列で、
図１７ａに示すような設定で行われた。これらは図１９ａ乃至ｆに種々なエンク
ロージャの深さについてプロットされている。システム共振はグラフ上にマーカ
ーで強調してある。
【００３８】 パネルＡ５−１及びＡ５−２の極応答が２８ミリメートルの深さのエンクロー
ジャで測定され、結果が図２０ａ及びｂに示される。図１の自由ＤＭＬの極プロ
ットと比較すると、それらは自由ＤＭＬの指向性の改善における、背後を密閉し
たＤＭＬの重要性を明示している。
【００３９】 特に、結合されたシステム共振において、パネルの特性に対するエンクロージ
ャの特性及び影響を更に調査するために、図２１で示されるような９つの所定の
点でのエンクロージャの内部圧力の測定ができるように特別のジグが作られた。
マイクロフォンは、Ａ５タイプのエンクロージャジグの後背板に所定の深さで設
けられた孔に挿入され、他の８カ所の孔は、硬いゴムのグロメットでしっかりと
塞がれた。マイクロフォンは、測定時には適当なゴムのグロメットによってエン
クロージャから機械的に分離された。
【００４０】 このデータから、システム共振における、更に、図２２ａ乃至ｃに示されるよ
うに、この周波数のそのいずれかの側における圧力分布を明らかにするために等
圧プロットが作られた。図２７に示すように、９点に対して圧力周波数応答もプ
ロットされた。このグラフは、共振の範囲におけるエンクロージャ内の測定点と
結合した全ての曲線の良好な定義を示している。しかし、圧力は、周波数が増加
するに従ってエンクロージャの断面積を横断して変化する傾向がある。
【００４１】 速度及び変位の法線成分が、パネルを横断して走査レーザ振動計によって測定
された。パネルを横断する速度及び変位の分布が、結合システム共振周辺のパネ
ルの特性を調査するためにプロットされた。その結果が記録され、図２４ａ乃至
ｄに多くの場合が示されている。これらの結果は、たとえより小さな速度及び変
位においてもその１つがパネル端部に向かって移動するようにパネル全体を運動
させる状態の、共振におけるパネルのティンパニー形モードの特性を示している
。
【００４２】 モード形状は、パネル剛性、質量、寸法及び境界条件等の複雑な一連のパラメ
ータに応じて場合により変化するが、実際には、この特性はパネルの全ての境界
条件に対して同じものとなる。限界内で、更に無限大に硬いパネルでは、このシ
ステム共振は、エンクロージャの大気容積の剛性に作用するピストンの基本剛性
体モードとして考えられるであろう。ＤＭＬシステム共振を「全集合モード」つ
まりＷＢＡと呼ぶのが良いと思われる。
【００４３】 結合システムの完全な理論的展開が、ニュートランスデューサーズ社によって
１式のソフトウェアとして実施された。このパッケージソフト版が本明細書にお
ける本出願人のテスト対象の機械音響的特性をシミュレーションするために使用
された。このパッケージソフトは、パネル、励振器、及びフレーム、又はエンク
ロージャを備えた機械音響的インターフェイスと結合した全ての電気的、機械的
、及び音響的な変数を計算に含め、パラメータの中でもとりわけ遠距離フィール
ド音圧、出力、及び全システムの指向性を考慮することができる。
【００４４】 図２５aは、フレームにクランプ止めされ両側から等しく自由空間に放射する
ような自由放射のＡ５パネルの対数速度スペクトルを示している。実線はシミュ
レーション曲線を示し、破線は測定された速度スペクトルである。パネルは、低
周波数で励振器によって共振状態となる。１０００ヘルツ以上の周波数領域での
ずれは、シミュレーションモデルに自由フィールド放射が存在しないためである
。
【００４５】 図２５ｂは、図２５ａと同一のパネルを示しているが、今回はパネルと同一断
面積で、深さが２４ミリメートルの２つの同じエンクロージャを両側に各々１つ
取り付けてある。パネル片側の自由フィールドの放射インピーダンスを排除する
とともに、実験を自由フィールド放射インピーダンスから独立されるために、２
重のエンクロージャが設計され使用された。この実験設定は、理論の検証のため
にのみ使用された点に留意することが重要である。
【００４６】 パネルの速度測定を可能にするために、２つのエンクロージャの後壁は、レー
ザビームがパネル表面に届くように透明な材料で作られた。このテストは、異な
った容積特性を持ち被膜の無いロハセルのＡ５−３パネルを使用して繰り返され
、その結果が図２６ａ及びｂに示されている。どちらの場合にも、シミュレーシ
ョンは２００点の対数領域を使用して行われるとともに、レーザ測定は１６００
点の直線領域が使用された。
【００４７】 前記の理論及び作業から、ＤＭＬに取り付けられた小エンクロージャは、明ら
かに、多くの利点と共に唯一の欠点を伴う。これは図２７ａ及びｂにおいて見ら
れるように、システム共振でのＷＢＭに基づく過剰な出力を明示している。この
ピークは別として他のあらゆる観点において、密閉されたＤＭＬは、出力帯域幅
の拡大を含めかなりの性能改善をもたらし得ることは注目に値する。
【００４８】 殆どの場合において、出力応答ピークのＱに一致する適切なＱの単純な２次の
帯域消去等化回路網が応答ピークを等化するために設計できることが分かった。
更に場合によっては、幅広い出力応答を提供するために、単極高域フィルタのよ
ってＬＦ領域を傾けることによりこれに合わせて調整するようにする場合が多い
であろう。ＤＭＬパネルの特異な特性及びそれらの電気的インピーダンス応答に
対する抵抗性によって、フィルタが能動性であれ受動性であれその設計は非常に
単純なものに維持されることになる。図２８ａは、帯域消去受動フィルタが等化
のために組み込まれた場合を示す。更に、図２８ｂ及びｃに、拡声器と直列に使
用されるコンデンサを備えた簡単な極ＥＱを示す例が示される。
【００４９】 自由ＤＭＬが壁の近くでそれと平行に使用される場合、その特異で複雑な２極
性特性に起因する壁との相互作用が確実に最小になるように特に注意しなければ
ならない。この相互作用は、境界との距離の関数であり、従って普遍的に固定す
ることはできない。パネルの完全なバッファリングは、システムの低周波数応答
を拡張する明確な利点を有しているが、多く用途における現実的な提案とは言え
ないかも知れない。
【００５０】 ＤＭＬに用いられる非常に小さなエンクロージャは、それを直接の環境から分
離し、その音響的性能においてシステムを予測可能なものにする。開発された数
学的モデルは、結合システムにおけるＤＭＬに関する複雑性のレベルを実証する
。これはＤＭＬの予測・設計、及び従来のピストン式放射器の予測・設計との間
に明確な差を生み出す。箱内コーン方式の機械音響特性は、比較的簡単に計算に
よって（手動計算機ででも）求めることができるが、ＤＭＬ及びそのエンクロー
ジャと結合したものは、相互作用関係が複雑にないがちで、そのためこのシステ
ムを適切なツール類無しには予測できないものとしている。
【００５１】 システム性能がエンクロージャ容積の変化に応じて変化することは、パネルの
寸法に比較して深さが小さい場合の大きな特徴である。しかし、ある深さを超え
るとＬＦ応答の増加が最低限になることも見られる。勿論これは、エンクロージ
ャ内における剛性ピストンの特性と一致する。例として、エンクロージャの深さ
５０ミリメートルのＡ２サイズパネルは、約１２０ヘルツまで下方拡大した帯域
幅を持つように設計することができ、これについては図２４を参照されたい。
【００５２】 小さいエンクロージャを備えたＤＭＬの他の特長は，システムの中高周波数応
答の顕著な改善であると考えられる。これは本明細書の多くの測定及びシミュレ
ーショングラフにあり、言うまでもなく理論によっても予測される。パネルシス
テムのモダリテイの増加は、大部分この改善に起因していることは明らかである
が、エンクロージャ損失もシステム全体にわたる減衰の増加によってこれに影響
を与えている可能性がある。
【００５３】 パネルの後方放射を抑制することによる固有の結果として、密閉システムの指
向性は、図１７に示すように２極形から心臓型に近い特性へと実質的に変化する
。背後が密閉されたＤＭＬと関連した指向性は、より強力な横方向の有効範囲が
望まれる特定の装置において用途を見出すことができる。
【００５４】 出力応答測定は、補正を必要とする過剰エネルギー領域を観察するために、密閉
されたＤＭシステムを用いて作業する場合に最も有用であると考えられる。これ
は、ＤＭ拡声器においてなされる他の作業と調和しており、そこにおいては、出
力応答がＤＭＬの自覚的性能に良く相関している最も代表的な音響学的測定であ
ると考えられる。出力応答を使用する場合、この領域における出力応答を等化す
るために、実際には単純な帯域フィルタつまり単極高域フィルタが必要とされる
にすぎないと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 密閉された箱型共振パネル拡声器の第一実施形態の断面図である。
【図２】 図１の実施形態の拡大詳細断面図である。
【図３】 密閉された箱型共振パネル拡声器の第二実施形態の断面図である。
【図４】 両側部におけるＤＭＬ自由放射の極応答を示す。
【図５】 自由空間における（実線）場合及びＤＭＬを壁から３５ミリメートル離して配
置した状態（点線）の音圧レベルの比較を示す。
【図６】 自由空間における（点線）場合及びバッフルを前後空間の間のパネル周囲に設
けた状態のＤＭＬの音響出力の比較を示す。
【図７】 本発明による拡声器を示す。
【図８】 ＤＭＬパネルシステムを示す。
【図９】 構成部品の結合を示す。
【図１０】 単一プレートの固有関数を示す。
【図１１】 第1の１０真空中パネルモードの周波数応答の振幅を示す。
【図１２】 本発明の実施形態による拡声器における同一モードの周波数応答の振幅を示す
。
【図１３】 パネル速度スペクトルに関するエンクロージャの影響を示す。
【図１４】 ２モード形状を示す。
【図１５】 リアクタンスの周波数応答を示す。
【図１６】 パネル速度測定を示す。
【図１７ａ】 測定のために設定されたマイクロフォンを示す。
【図１７ｂ】 測定のために設定されたマイクロフォンを示す。
【図１８ａ】 様々なパネルにおける機械インピーダンスを示す。
【図１８ｂ】 様々なパネルにおける機械インピーダンスを示す。
【図１８ｃ】 様々なパネルにおける機械インピーダンスを示す。
【図１８ｄ】 様々なパネルにおける機械インピーダンスを示す。
【図１８ｅ】 様々なパネルにおける機械インピーダンスを示す。
【図１８ｆ】 様々なパネルにおける機械インピーダンスを示す。
【図１９ａ】 様々なパネルの出力応答を示す。
【図１９ｂ】 様々なパネルの出力応答を示す。
【図１９ｃ】 様々なパネルの出力応答を示す。
【図１９ｄ】 様々なパネルの出力応答を示す。
【図２０ａ】 様々なパネルの極応答を示す。
【図２０ｂ】 様々なパネルの極応答を示す。
【図２１】 エンクロージャ内の内部圧力測定のために設定されたマイクロフォンを示す。
【図２２ａ】 内部圧力の等圧線を示す。
【図２２ｂ】 内部圧力の等圧線を示す。
【図２２ｃ】 内部圧力の等圧線を示す。
【図２３】 図２１における配列を使用して測定した内部圧力を示す。
【図２４ａ】 様々なパネルにおける速度及び変位を示す。
【図２４ｂ】 様々なパネルにおける速度及び変位を示す。
【図２４ｃ】 様々なパネルにおける速度及び変位を示す。
【図２４ｄ】 様々なパネルにおける速度及び変位を示す。
【図２５ａ】 自由空間において包囲されたＡ５パネルの速度スペクトルを示す。
【図２５ｂ】 自由空間において包囲されたＡ５パネルの速度スペクトルを示す。
【図２６ａ】 自由空間において包囲された他のＡ５パネルの速度スペクトルを示す。
【図２６ｂ】 自由空間において包囲された他のＡ５パネルの速度スペクトルを示す。
【図２７ａ】 ２つの深さのエンクロージャ内でのＡ２パネルの出力応答を示す。
【図２７ｂ】 ２つの深さのエンクロージャ内でのＡ２パネルの出力応答を示す。
【図２８ａ】 フィルタを使用した等化を示す。
【図２８ｂ】 フィルタを使用した等化を示す。
【図２８ｃ】 フィルタを使用した等化を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年６月１日（２０００．６．１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】 解析されるシステムを図７に概略的に示す。この例においては、パネルの前面
は自由空間に放射し、反対面にはエンクロージャが取り付けられている。この組
み合わせシステムは、図８のブロック図で示されるように、速度及び圧力の回路
網として取り扱うことができる。構成部品は、左から右に電気機械駆動部、パネ
ルのモードシステム、及び音響システムである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】 ＤＭ拡声器の浅い後部エンクロージャの効果を調査するために様々なテストが
行われた。エンクロージャ内のＤＭＬパネル特性の一般的な洞察に加え、理論モ
デルを検証し、このようなモデルがＤＭＬモデルとそのエンクロージャとの結合
モードシステムの特性を精確に予測する範囲を確立するのに役に立つ実験が計画
された。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５４】 種々なパネルの音圧レベル及び極応答は、３５０立法メートルの大空間で測定
され、測定に応じてＭＬＳＳＡを使用し無反響応答のために１２乃至１４ｍｓで
ゲート制御した。出力測定は、図１７ｂに示すような９マイクロフォン配列で、
図１７ａに示すような設定で行われた。これらは図１９ａ乃至ｄに種々なエンク
ロージャの深さについてプロットされている。システム共振はグラフ上にマーカ
ーで強調してある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５７】 このデータから、システム共振における、更に、図２２ａ乃至ｃに示されるよ
うに、この周波数のいずれかの側における圧力分布を明らかにするために等圧プ
ロットが作られた。図２３に示すように、９点に対して圧力周波数応答もプロッ
トされた。このグラフは、共振の範囲におけるエンクロージャ内の測定点と結合
した全ての曲線の良好な定義を示している。しかし、圧力は、周波数が増加する
に従ってエンクロージャの断面積を横断して変化する傾向がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ (72)発明者 パンツェル ヨエルク イギリス ケンブリッジシャー ピーイー 18 ６ユーイー ハンティングトン ステ ュークリー メドーズ ウィンダーメアー 19 Ｆターム(参考） 5D017 AD12

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対向した表面を有する共振マルチモード音響パネル、及び前
    記パネルの一方の少なくとも一部を取り囲む空洞部を規定するとともに、前記パ
    ネル表面の前記一部からの音響放射を抑制するように配置された手段を備え、前
    記空洞部が前記パネルのモード特性を変更することができるようにしたことを特
    徴とする音響装置。
  2. 【請求項２】 前記空洞部の大きさは、前記パネルのモード特性を変更する
    ことができるようなものであることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
  3. 【請求項３】 前記空洞部は浅いことを特徴とする請求項２に記載の音響装
    置。
  4. 【請求項４】 前記空洞部は、前記一方のパネル表面に向かい合う前記空洞
    部の後面が、前記パネルに対し流体結合を引き起こすように十分に浅いことを特
    徴とする請求項３に記載の音響装置。
  5. 【請求項５】 Ｘ及びＹの横モードが、全体的に支配的であることを特徴と
    する、請求項４に記載の音響装置。
  6. 【請求項６】 前記空洞部は密閉されていることを特徴とする前記請求項の
    いずれか１項に記載の音響装置。
  7. 【請求項７】 前記パネルの面積に対する前記空洞部の容積の比（ミリリッ
    トル：平方センチメートル）が、約１０：１から０．２：１であることを特徴と
    する前記請求項のいずれか１項に記載の音響装置。
  8. 【請求項８】 前記パネルは、周辺包囲体によって、前記空洞部を規定する
    手段に取り付けられ且つ密封される特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載
    の音響装置。
  9. 【請求項９】 前記包囲体は、弾性力を持つことを特徴とする請求項８に記
    載の音響装置。
  10. 【請求項１０】 前記請求項のいずれか１項に記載の音響装置を備えるとと
    もに、音響出力を生成するために、前記共振パネルに撓み波振動を与えるように
    配置された励振器を有することを特徴とする拡声器。
  11. 【請求項１１】 共振パネルを境界表面近傍に配設し、それらの間に共振空
    洞部を規定する段階を含むことを特徴とする共振パネル音響装置のモード特性を
    変更するための方法。
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