JP2003526968A - ラウドスピーカ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ラウドスピーカは、撓み波パネル（１１）と、パネル上に取り付けられて撓み波モードを励振するための変換器（１３）とを有する。後部ボックス（１５）は、パネルと協働してキャビティ（１７）を形成する。結合モード共振周波数におけるキャビティとパネルの共振は、結合モード共振周波数において選択的に音圧を低減する、キャビティに結合されたダクト（１９）を設けることによって制御できる。ダクト（１９）に減衰材（２１）を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明はラウドスピーカに関し、より詳細には、共振パネル音響放射器を組み
込んだラウドスピーカに関する。

【０００２】 （背景技術） 特定の用途において、ラウドスピーカを浅いエンクロージャに取り付けるのが
好適である。 このことは、特に、壁への取り付けを意図した分布モードラウドスピーカにあ
てはまる。このようなラウドスピーカがオープンバック形式の場合、１つのラウ
ドスピーカから別のラウドスピーカの位置までの環境が一様でない場合があるの
で、隣接する壁は、制御できない様態で音響出力に影響を与える場合がある。浅
いエンクロージャを用意することによってこの問題を軽減できる。

【０００３】 しかし、浅いエンクロージャにはいくつかの欠点がある。特に、パネルとエン
クロージャとの間に強い結合が発生する。浅いエンクロージャ内の空気はスプリ
ングとして作用し、パネルは、このスプリング上で振動し、可聴周波数帯域にお
いてしばしば都合が悪い周波数で、剛体として前後運動することがある。この共
振は、使用時にラウドスピーカの出力に関して一様でない周波数応答を引き起こ
すことがある。この応答は、周波数応答において大きな可聴ピークを引き起こす
ことがある。

【０００４】 低音質の用途では、電気回路によってピークを適切に平準化できる。しかし、
そのような平準化は、例えば、周囲温度が音響特性ではなく電気回路に影響を及
ぼす場合がある高音質の製品には好適ではない。

【０００５】 減衰は、そのような結合モードのピークを低減する別の方法である。これも同
様に低音質の用途には適している。更に、減衰は、ピークの幅を広げるので、減
衰がない場合よりもある場合の方がシステムの音が劣化する可能性がある。

【０００６】 古典的なピストン式ラウドスピーカを浅いエンクロージャに取り付け得る場合
は、同様に好都合である。そのようなラウドスピーカの後側にエンクロージャが
ない場合、ラウドスピーカ後部からの音響出力は、前部からの音響出力とは逆位
相であり、低い周波数での相殺を引き起こす傾向があるので、一般に、そのよう
なラウドスピーカをエンクロージャに取り付けることが行われている。

【０００７】 しかし、そのようなピストン式スピーカにおいて、全体モード共振は、ほとん
どの場合、ラウドスピーカ応答の低周波数限界に設定されている。この方法によ
り、共振によって引き起こされる音響出力の増強が低周波数における音の低下を
補償してラウドスピーカの低音応答を拡げる。これはボックスが浅すぎてはいけ
ないことを意味し、ラウドスピーカの後側に大きな容積を必要とする。この共振
を、ボックスを浅くして有用な低周波数から一様な周波数応答を妨げる可聴周波
数帯域の高い周波数まで動かすことは、従来の教示に矛盾することになる。

【０００８】 （発明の開示） 本発明によれば、音を放射するためのパネル部材と、該パネル部材を励振して
音を放射するための励振器と、パネル部材と協働して浅いキャビティを形成して
結合モード周波数においてパネル部材及びキャビティの結合共振モードを引き起
こすパネルの後側のボックスとを備えるラウドスピーカであって、キャビティに
音響的に結合され、結合モード周波数においてキャビティの音圧を選択的に低減
するようになったダクトを備えることを特徴とするラウドスピーカが提供される
。

【０００９】 ダクトは、選択された周波数において圧力波を吸収できる圧力解放手段として
作用する。単純にキャビティに吸音材を追加すれば効き目があると考えがちであ
るが、吸音材のみを使用すると、広い周波数領域にわたる吸音を付加する可能性
がある。共振制御のための大きな容積による減衰は、選択的な吸音が十分ではな
いので共振周波数以下及び以上の音響パワーを不必要に減衰する可能性がある。
また、浅いボックスの深さは吸音材の好適な厚さに対して不十分である。

【００１０】 浅いキャビティはパネルの後側の容積として機能しないキャビティを意味する
が、有限の厚みは、可聴帯域内の結合全体モードのような効果をもたらす。一般
的に、キャビティは、パネル平面にそのような効果が有意にならないうちに、パ
ネルの幅の半分以下である必要があるが、好適には１／４以下、より好適には１
０％以下である。キャビティが浅いほどラウドスピーカを薄くすることができ一
般的には望ましい。

【００１１】 音は結合モード周波数において選択的に吸音されるが、吸音は正確に特定の周
波数に調整する必要はない。例えば、全体モード共振は相当広いはずであり、吸
音は同様に好都合に適切に広くてもよい。

【００１２】 実施形態において、本発明の解決手法は他のアプローチに対していくつかの利
点をもたらす。第１に、ダクトを設けるコストは、キャビティを形成するための
最初の金型を準備するコストに吸収できる。本手法はダクトとキャビティの空気
に同時に影響を及ぼすことが可能なので、温度変化に対して寛大である。また、
本手法は恒久的である。

【００１３】 結合モードは全体モードであってもよく、これは一般に浅いキャビティにおい
て支配的なモードであり、低減が必要なモードである。 ダクトの一方の端部はキャビティへ開いていてもよい。他方の端部は閉じてい
てもよい。ダクトにスロットを設けてキャビティの特性を調整してもよい。

【００１４】 ダクトは、１／４波長ダクトとして、結合モード周波数の１０％以内の周波数
に調整できる。ダクトの長さに関する出発点は、必要周波数において音波の１／
４波長であるが、正確な長さは、端部調整部や、ダクトが曲がっているか否かに
よる。そのような調整部は本技術分野では公知である。従って、「１／４波長ダ
クト」は、ほぼ調整されたダクトを意味し、正確にその波長に調整されたダクト
ではない。前述のように全体モード共振は、周波数帯域にわたって相当に広く、
長さは正確に結合モード周波数の１／４波長である必要はない。 前述の１０％幅よりもさらに正確な調整が望ましく、従って、ダクトは結合モ
ード周波数の５％以内の周波数に調整されるのが好ましい。

【００１５】 純粋な音響抵抗は利用できないが、１／４波長は、実インピーダンスを仮想イ
ンピーダンスに又はその逆に変換する。従って、１／４波長ダクトは、長さが１
／４波長である周波数の音に対して効果的な吸音材として作用する。 ダクトは直線である必要はない。僅かな湾曲は殆ど影響を与えず、鋭い曲がり
は音響質量を付加してその周波数を低くする。この影響は、ダクトの長さを変え
ることによって対処できることが知られている。 ダクトは、必要に応じて主キャビティの内側または外側のいずれかに配置でき
る。 実験により、吸音材料をダクトに設けると改善代が大きくなることが分かって
いる。吸音材は、吸音繊維または発泡プラスチックであってもよい。

【００１６】 別の構成において、ダクトは膜部材によってキャビティに結合され、キャビテ
ィから独立していてもよく、ダクトは事実上補助キャビティを形成する。ダクト
と膜部材との結合システムは、キャビティの結合モード／全体モード周波数付近
で共振するよう構成されている。キャビティは、主キャビティに対して別の平面
にあってもよい。更に、ダクト中の吸音材は有用である。膜部材自体は、膜部材
に減衰材を設けることによって、及び／又は、膜部材の減衰支持体を設けること
によって吸音してもよい。

【００１７】 もしくは、ダクトは、キャビティを周囲環境に接続する開口であってもよい。
１／４波長の閉ダクトでは、長さがダクトの調整を決定するのに対して、本構成
においては、幅と面積が特定の調整をもたらす。これは、この面積が低い周波数
が難なく通過するには小さすぎるのに対して、高い周波数においては、この面積
の音響放射効率が低いためである。

【００１８】 実施形態において、ストリップをパネル端部の周りに設けて、パネルをボック
ス上に支持してもよく、ストリップは、パネル、ボックス、及びストリップがダ
クトを形成するよう端部の一部で除去されている。この場合、ダクトはキャビテ
ィから離れて空気中に開放されていてもよい。この構成は、別々のダクトを設け
る解決法よりも簡単である。ストリップは、パネルを弾性支持する弾性ストリッ
プであってもよい。この方法により、パネルは端部で締結されることなく、何の
制約もなく取り付けることができる。

【００１９】 実施形態において、ダクトは、パネル前側、又はボックスに設けた孔であって
もよい。そのような孔は、パネル又はボックス後部の中央領域にあることが好ま
しい。そのようなダクトは、１／４波長プレートよりも周波数選択性に劣るが特
定の用途には十分である。

【００２０】 実際には、結合モード周波数での音圧を低減するために前述したような複数の
ダクトを設けてもよい。 また、複数の周波数において吸音するために、複数のダクトを設けてもよい。 複数のダクトを使用した、特に有用なアプローチを以下に説明する。このアプ
ローチにおいて、別々の周波数に調整された複数の１／４波長ダクトをキャビテ
ィに音響的に結合させて設ける。これはキャビティの共振モードを変更し、特に
、ダクトは、キャビティの基本周波数を低くするように選択してもよく、また、
周波数の結合共振モード密度を高めるように選択してもよい。

【００２１】 パネルは、周波数に分布する種々の共振モードを有することによって作動する
分布モードパネルである。結合エンクロージャ・システムについてのモード数が
増えると、そのような複数の選択式周波数制御を有する分布モードラウドスピー
カの特性が著しく改善される。 １／４波長ダクトは、キャビティの１つの側面に沿って設けてもよく、その場
合、そのキャビティ側面は、吸音材として作用するとみなすことができる。

【００２２】 本発明は、全ての形態において、特に共振撓み波ラウドスピーカに適しており
、この手法は、不要な共振又は浅いキャビティに結合された任意のパネルの共振
を除去するためにも使用できる。これにより、浅いボックス型ピストン式ラウド
スピーカを製造することが可能となる。 本発明の特定の実施形態を単に例示の目的で添付図面を参照して以下に説明す
る。

【００２３】 （発明を実施するための最良の形態） 図１において、分布モードパネル１１はＷＯ９７／０９８４２の教示を使用し
て作られる。パネルは、好適な分布モード縦横比、すなわち１：０．８８２又は
１：０．７０７を有している。変換器１３は、パネル背面の好適な変換器位置に
取り付けられる。浅いボックス１５は、パネル１１と協働して浅いキャビティ１
７を形成する。キャビティの一端にはダクト１９が設けられている。ダクトは、
キャビティ１７内の空気とパネル１１の支持体の弾性とによって構成されるスプ
リングに基づくパネルの結合全体モード波長の１／４である。ダクト１９には吸
音材２１が設けられている。

【００２４】 図２を参照すると、２６０ｍｍ×２１０ｍｍのキャビティ１７の後部から見た
第２の実施例が示される。パネル１１はキャビティの上面を形成し、変換器は１
３で示されている。４つのダクト１９がキャビティの各々の側壁に設けられてい
る。ダクトの長さは各々１２０ｍｍであり、従って、全て同じ共振周波数、本明
細書では全体モード共振周波数を調整するよう意図されている。

【００２５】 図３は得られた結果を示す。元の周波数応答を破線で示し、ダクトによる応答
を一点鎖線で示す。 結果的にダクトにより７４０Ｈｚ付近で著しく共振が低減する。４ｄＢの低減
は音響的には非常に大きい。減衰材により共振低減はさらに改善される。

【００２６】 図４は、ダクト１９をキャビティ１７から切り離すための膜部材２３が設けら
れている以外は、図１の実施形態と同様の構成を示す。ダクト１９は、全体モー
ド周波数で共振するように調整されている。ダクト１９は、主キャビティに対し
て別の平面にあってもよい。ダクトには減衰材２１が設けられている。減衰材は
、吸音繊維又は従来から吸音用に使用されている発泡材であってもよい。 膜部材は、該膜部材の弾性支持体と協働して作用し、ダクトの選択共振周波数
を定める共振周波数で振動するよう選択された密度を有していてもよい。弾性支
持体はダクトに設けてもよく、発泡材、キャビティ内の空気、又はその２つの組
み合わせで構成できる。

【００２７】 図５及び図６は、本発明の第４の実施形態を示す。パネル１１はパネル端部周
りの弾性ストリップ２９によってボックス１５上に支持されている。パネルは、
ボックス縁３１から５ｍｍの位置に支持されている。ボックス１５とパネル１１
とは、２ｍｍの隙間でもってパネル周縁部の周りで離れている。弾性ストリップ
は、長手方向においてパネル側面に沿うスロット３３を形成する隙間を有してい
る。スロットはダクトとして機能するが、１／４波長ダクトとは別の作用、すな
わち、特に全体モード周波数において音圧を解放する通気孔として作用する。 減衰材２１は、キャビティに設けられ、これに固定されている。

【００２８】 スロットの長さを変化させた効果を示すために有限要素法による計算を行い、
その結果を図７から図９に示す。各々のグラフは、異なるスロットの長さに対応
しており長さはｍｍで示される。特に１４４．４４ｍｍの長さのスロットは滑ら
かな応答を示す。図示のように、種々の長さのスロットを使用することによって
、７６０Ｈｚ付近の極端なピークを無くすことができる。更に、スロットの長さ
を微調整して、ラウドスピーカ製品に対して所望の音響応答及び品質を与えるこ
とができる。

【００２９】 同じ全体効果を作る単一の連続スロットと複数のスロットとの間には、多少の
差はあるが（図９参照）、その差はそれほど有意ではない。

【００３０】 図１０は、８０から１８０ｍｍまで２０ｍｍ毎に長さが変化する、６つの１／
４波長ダクト１９を有するキャビティの概略図を示す。これらは複数周波数選択
式の音響終端部を提供する。 ダクト１９は、周波数帯域にわたって音響的に有効に不可視の境界を作るよう
に機能する。計算値は、結合システムの有効な共振モード数を著しく増加させ、
該モードは、ダクトのないモードとは質的に異なることを示した。表−１の最初
の３列に１／４波長ダクトがある場合の共振モードを、最後の３列にはダクトが
ない場合の共振モードを示す。モード数は、ダクトがない場合よりもダクトがあ
る場合の方がかなり多いことが分かる。

【００３１】 表−１

【００３２】 更に、キャビティの剛性は、全体モード周波数における音圧を制御することに
よって小さくなり、最低結合モードは好都合に低い周波数である。実施例におい
て、最低モードは、空気の量又はボックスの外形寸法を変えることなく、６６０
Ｈｚではなく３８８Ｈｚになる。また、システムのモード密度は表−１に示す３
ｋＨｚまでの領域において約５０％だけ高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の概略図を示す。

【図２】 本発明の第２の実施形態の概略図を示す。

【図３】 ダクトがある場合とない場合の両方における図２の構成による実験結果を示す
。

【図４】 膜部材を有する本発明の第３の実施形態を示す。

【図５】 スロットを使用する本発明の第４の実施形態を示す。

【図６】 スロットを使用する本発明の第４の実施形態を示す。

【図７】 図５の構成においてスロットの長さを変えて計算した音響応答の詳細を示す。

【図８】 図５の構成においてスロットの長さを変えて計算した音響応答の詳細を示す。

【図９】 図５の構成においてスロットの長さを変えて計算した音響応答の詳細を示す。

【図１０】 長さが異なる複数のダクトを有する本発明の第５の実施形態を示す。

【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１３年９月６日（２００１．９．６）

【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

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 バンク グラハム イギリス サフォーク アイピー12 ４エ ルエス ウッドブリッジ マートルシャム フィン ロード ８ Ｆターム(参考） 5D017 AD40

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音を放射するためのパネル部材と、 前記パネル部材を励振して音を放射させる励振器と、 前記パネル部材と協働して浅いキャビティを形成し、結合モード周波数におい
   て前記パネル部材とキャビティとの結合共振モードを引き起こす前記パネルの後
   側のボックスとを備えるラウドスピーカであって、 前記キャビティに音響的に結合され、前記結合モード周波数において前記キャ
   ビティの音圧を選択的に低減するようになったダクトを備えることを特徴とする
   ラウドスピーカ。
2. 【請求項２】 前記結合モードは、前記パネル部材がその支持体上で振動す
   る全体モードであることを特徴とする請求項１に記載のラウドスピーカ。
3. 【請求項３】 前記ダクト内に吸音材が設けられていることを特徴とする請
   求項１又は２に記載のラウドスピーカ。
4. 【請求項４】 前記ダクトが、１／４波長ダクトとして、前記結合モード周
   波数の１０％以内の周波数に調整されていることを特徴とする前記請求項のいず
   れか１項に記載のラウドスピーカ。
5. 【請求項５】 前記ダクトが、前記結合モード周波数の５％以内の周波数に
   調整されていることを特徴とする請求項４に記載のラウドスピーカ。
6. 【請求項６】 前記ダクトが、膜部材によって前記キャビティに結合される
   と共に前記キャビティから独立しており、前記膜部材と前記ダクトとを有する前
   記結合システムが、前記キャビティの前記結合モード周波数の５％以内の周波数
   に調整されていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載のラウドスピー
   カ。
7. 【請求項７】 前記ダクトが、前記キャビティの端部に設けられる開口であ
   ることを特徴とする請求項１から３に記載のラウドスピーカ。
8. 【請求項８】 前記パネル端部の周りには前記パネルを前記ボックス上に支
   持するストリップが設けられており、前記ストリップは、前記パネル、ボックス
   、及びストリップがダクトを形成するよう前記端部の一部にわたって除去されて
   いることを特徴とする請求項７に記載のラウドスピーカ。
9. 【請求項９】 前記ストリップが、弾性体であることを特徴とする請求項８
   に記載のラウドスピーカ。
10. 【請求項１０】 前記ダクトが、前記パネル部材中央のキャビティ、又は前
    記パネル部材中央に対向する前記ボックス後部に設けられた開口であることを特
    徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のラウドスピーカ。
11. 【請求項１１】 前記結合モード周波数において吸音するための複数のダク
    トが設けられていることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のラウド
    スピーカ。
12. 【請求項１２】 複数の周波数において吸音するための複数のダクトが設け
    られていることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のラウドスピーカ
    。
13. 【請求項１３】 前記パネルが分布モードパネルであることを特徴とする前
    記請求項のいずれか１項に記載のラウドスピーカ。