JP2003533155A - 音響エネルギーの再分配用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 角度（α1）でライン（L）を回転する楕円弧（A1）の回転面（R1）と、角度（α2）で前記ライン（L）を回転する楕円弧（A2）の回転面（R2）と、で規定される反射面を含む音響エネルギーの再分配用の装置を提供する。それぞれの楕円弧A1およびA2は、ライン（L）に置かれた前記ポイント（F1）に位置する中心点を持つ楕円（E1またはE2）の一部を構成し、反射面およびライン（L）上にある端ポイント（P）を分かち合う。角度（α1）は、前記回転面（R1）が前記隣接面（S1）に関して凸面をなすように選択され、角度（α2）は、前記回転面（R2）が前記隣接面（S1）に関して凹面をなすように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の属する技術分野 本発明は、変換器と結合されたときに、広いスペクトル周波数に亘りほとんと
或いは全く歪みなく、音響を再分配し、広く分散する反射装置に関する。 本出願は、米国特許出願第09/059,226号（１９９８年４月１３日出願）の一部
継続出願である。

【０００２】発明の背景 音響工学では、音源の分散パターンが放射素子（radiating element）のサイ
ズに関連することが良く知られている。このことは、従来の電気音響変換器、或
いはラウドスピーカに、増加する周波数を低下させる軸はずれ（off-axis）応答
を持たせる原因となる。これは長い間ラウドスピーカの設計の基本的な問題と考
えられてきたが、ここ何年かの間に幾つかの異なる解決策が提案された。これら
には、複数の変換器、ホーン、導波管、静電素子、様々な形状の音響反射器が含
まれる。これらの解決策の多くは、周波数応答偏差、複雑な製造技術などのよう
な望まない悪影響を有する。さらに、従来のラウドスピーカと同様に、これらの
システムは予測不可能に作用（典型的には聴く環境に）する。この原因は、人の
聴覚知覚システムに通常認められる考慮がされてないためである。

【０００３】 ラウドスピーカによる音響の娯楽は、ラウドスピーカ／聴く環境の組み合わせ
を介して聴者の耳に到達する音の内容のスペクトル、大きさ、方向を制御するこ
とによって拡張することができる。本発明の目的は、これらの全ての問題を簡易
に製造できる単一の装置で解決することである。従来の適切な変換器と適切に組
み合わせると、本発明は、音を、ほぼ周波数不変の水平分散パターンで聞く環境
、即ち傾聴環境へ伝送させる。これは、非常に拡張された横部屋反射（lateral
room reflection）のため、多数の聴者に対して音質的に正確な音を包囲されて
いる感覚を強く与える。さらに、床と天井の反射即ち反響が低減され、増加され
た立体音響のファントムイメージ（phantom image）の安定性をもたらす。

【０００４】 本発明の特徴の幾つかは、本発明を完成品のラウドスピーカシステムに合体さ
せるときに、設計者の特別の要望に合うように修正され得る。例えば、ラウドス
ピーカの垂直指向性を積極的に制御するように本発明のシステムに対して修正を
施すことができる。垂直指向性の制御は、音響強化や拡声装置の分野では特に重
要である。さらに、本発明のシステムをマイクロホンなどの変換器と共に使用し
て、本システムに適合させ受音装置として利用することもできる。

【０００５】 発明の概要 本発明は、ベース、レンズ、レンズをベースに装着する手段を含む音響エネル
ギーの再分配装置を提供するによって、これらの諸問題を解決する。ベースは、
上面、下面、前面、および背面を持つ。このベースの背面は、支持面上で位置取
りすることができる。レンズも、上面、下面、前面、および背面を持つ。レンズ
の前面は、反射面、反射面にあるポイントＰ、少なくとも１つの隣接面S1を含む
。ラインLは、ポイントPを通り、ポイントBのベースの下面を横切る。ポイントF
1は、ポイントPとポイントBとの間のラインL上にある。反射面は、 角度α1で前記ラインLを回転する楕円の弧A1の回転面R1と、前記ライン（L）で
角度α1で回転する楕円の弧A1の回転面R1とで規定される。前記楕円弧A1は、前
記ポイントPで終わる下端部を持ち、前記ポイントF1に位置する中心点を持つ楕
円E1の一部を構成する。前記楕円弧A2は、前記ポイントPで終わる上端部を持ち
、前記ポイントF1に位置する中心点を持つ楕円E2の一部を構成する。前記角度α
1は、前記回転面R1が前記隣接面S1に関して凸面をなすように選択される。前記
角度α2は、前記回転面R2が前記隣接面S1に関して凹面をなすように選択される
。

【０００６】 本発明の第１の目的は、中心点F1に、或いはその近傍に位置する音放射器から
放射される音響エネルギーの方向を変える装置を提供することであり、このよう
にして、結果として生じる分散パターンは、水平には非常に広い周波数帯域にわ
たり非常に広いものであり、垂直には限定されたものである。

【０００７】 本発明の更なる目的は、周波数応答偏差が実質的に無い、水平にリダイレクト
させた音響放射を生成する装置を提供することである。

【０００８】 本発明の別の目的は、全体的な音響放射パターンを調整するために置かれた隔
離面を伴う装置を提供することである。

【０００９】 本発明のさらに別の目的は、非常に制御された垂直指向性を示すラウドスピー
カシステムを提供することである。

【００１０】 また、本発明の別の目的は、水平には非常に広い周波数帯域にわたり非常に広
いものであり、垂直には限定されたものである分散パターンを持つ受音装置を提
供することである。

【００１１】 本発明のその他の目的や利点は、本発明の音響放射の再分配用装置が添付の図
面、明細書、請求の範囲と共に検討されるときに明らかにらるであろう。

【００１２】 好適な実施例の説明 図１を説明するが、音響エネルギーの再分配用の本発明の装置１の好適な実施
例を示す。装置１は、ベース１０、レンズ３０、レンズ３０をベース１０に装着
する手段を含む。ベース１０は、上面１２、下面１４、前面１６、および、背面
１８を含む。下面１４は、ベース１０が支持面２０上で位置取り可能なように構
成される。ここで示した支持面２０は平面であるが、この支持面２０は、ユーザ
が本発明の装置１を置くことを望むいかなる面にすることができるものと理解す
べきである。

【００１３】 レンズ３０は、上面３２、下面３４、前面３６、および背面３８を持つ。図２
を説明するが、前面３６は、反射面５０、反射面５０上にあるポイントP、およ
び、少なくとも１つの隣接面S1を含むが、これらに限定されるものではない。さ
らに、S2などの追加の隣接面を設けることもできる。

【００１４】 反射面５０は、変換器から放出された音響放射の最適分散をもたらすように構
成されており、これは、２つの回転面R1およびR2によって規定される。図４を参
照されたいが、ラインLは、反射面５０上にあるポイントPを通り、ベース１０下
面１４のポイントBで交差する。２つの楕円E1およびE2は、ポイントPがそれぞれ
の楕円E1およびE2上に位置するように選択され、楕円E1およびE2は、ポイントP
とポイントBとの間のラインL上にある共通の中心点F1を分かち合う。そして、楕
円E1は第２の中心点F2₁を持ち、楕円E2は第２の中心点F2₂を持つこととなる。楕
円E1は、ポイントPで終わる下端部を持つ楕円の弧A1を規定する。楕円E2は、ポ
イントPで終わる上端部を持つ楕円の弧A2を規定する。図５を参照されたいが、
回転面R1は、角度α１で楕円の弧A1を回転させることによって形成される。回転
面R2は、角度α２で楕円の弧A2を回転させることによって形成される。角度α１
は、回転面R1が隣接面S1に関して凸面となるように選択されるべきである。角度
α２は、回転面R2が隣接面S1に関して凹面となるように選択されるべきである、

【００１５】 本発明の装置の実施例においては、楕円の弧A1の長さは、それが角度α１でラ
インLの周りを回転するのに従い絶えず変化するが、弧A1は常に下側のポイントP
で終わる。効果的に、このことは、ユーザが、それぞれが異なる上部境界を持つ
反射面R1上で幾つかの変動を生成することを可能にする。

【００１６】 図６を参照されたいが、作動中は、変換器６０がポイントF1に、或いは、その
近傍に置かれる。 本発明の装置が音響生成装置として使用される場合は、ラウドスピーカなどのよ
うな放送変換器が使用される。しかしながら、本発明の装置が受音装置などとし
て使用される場合は、マイクロホンなどの受音変換器を使用することができるも
のと理解すべきである。以下の説明のために、使用される変換器はラウドスピー
カであると仮定する。

【００１７】 音響放射は、F1にある変換器６０から放射され、この変換器の放射領域から全
ての方向で外側に分散する。レンズ３０に向かって分散する音響放射は、反射面
５０によって反射される。

【００１８】 楕円の弧A1およびA1は、上述した適切な中心点F1、ポイントP、および弧A1或
いは弧A2を持つように選択された何らかの２つの楕円とすることができるが、こ
れらは好適には、面R1およびR2にぶつかる殆どの音響放射が、制限された垂直成
分を持ち広い水平成分を持つような経路上で反射されるように選択される。しか
しながら、この反射した音響放射の指向性は、反射した音響放射を生成する音響
放射器に位置、および、周囲の環境に関する反射面５０の方向（但し、これらに
限定されるものではない）を含む様々なファクターに依存するものと理解すべき
である。楕円E1およびE2と、変換器６０の正確な位置との選択を調整して、最適
な効果を生成することができる。

【００１９】 パラボラ（放物線）は、楕円の第２中心点が、第１中心点から無限遠に位置す
る場合の楕円の特別のケースである。従って、本明細書で使用する用語「楕円弧
」は、放物線、或いは、「ほぼ放物線」の円弧を含むものと理解すべきである。
本明細書で使用される「ほぼ放物線」である楕円弧は、長軸の長さが、短軸の長
さよりも少なくとも２．５倍を越えるような楕円の弧である。円弧A1およびA2が
放物線或いはほぼ放物線であるような本発明の実施例は、音響強化と拡声（場内
放送）装置において特に所望される垂直指向性の特徴を持つこととなる。このほ
ぼ放物線の円弧は、真の楕円弧と実質的に一致するようなやり方で音波の指向性
を制御する。

【００２０】 変換器６０は、図６に示すように傾斜させることができ、従って、変換器から
放出された音響エネルギーが放射されるところで方向を変化させる。変換器６０
が傾斜する角度は、変換器６０の軸６２とラインLとの間でなす角度βによって
測定することができ、これを変化させて本装置の全体的な周波数応答や垂直指向
性を調整することができる。

【００２１】 図４を説明するが、反射面５０のみならず本装置１の表面も、全体的な音響生
成に影響を及ぼす。レンズ３０をベース１０に装着する手段は、好適には、上面
４２、下面４４、前面４６、および背面４８を持つ吸音物質隔離材４０を含む。
隔離材４０の下面４４は、ベース１０の上面１２上に固定される。レンズ３０の
下面３４は、隔離材４０の上面４２上に固定される。

【００２２】 隔離材４０は、フェルト、或いは、その他の適切な吸音物質で構成することが
できる。隔離材４０の垂直方向の厚さは、図１および図４では、図示を明瞭にす
るために厚くしてあることに注意されたい。隔離材４０の使用の利点は、こうし
なければ性能を低下させる可能性がある音響共鳴を低減することであるが、これ
には限定されない。

【００２３】 隔離材４０の設置は、ベース１０の上面１２における第１の被覆部１７と第２
の非被覆部１９を規定することができる。上面１２の第２の非被覆部１９は、下
側に傾斜させることができる。このような下方への傾斜の利点は、設計者の要望
に適合するような垂直分散の調整を含むが、これに限定されるものではない。吸
音物質隔離材は、大きな吸音を所望する場合は、ベース１０の上面１２を全て覆
うこともできるものと理解すべきである。

【００２４】 同様に、隣接面S1およびS2を何らかの吸音物質７２で被覆して、さもなければ
これらの面から反射されるであろう音響放射を吸収させることができる。この技
法を用いて全体的なシステムの周波数応答や水平分散の量の制限を調整すること
ができる。

【００２５】 装置１の外面を考慮すると、覆われた面は、典型的には分裂的な分散効果を少
なくする。従って、前面１６は、望ましくは、一般的には楕円或いは円の弧など
のような曲線の弧を形成する。さらに、ベース１０の背面１８、レンズ３０の背
面３８、および隔離材４０の背面４８は、曲線であり、ベース１０の下面１４と
レンズ３０の上面３２とを接続する背面７０を一緒になって形成させることが好
適である。望ましくは、下面１４の少なくとも一部が、曲線であり上方に傾斜し
、その結果、背面７０に対応する。ベース１０の前面１６と下面１４、背面７０
、および、レンズ３０の上面３２は、吸音物質７２で被覆して、分散効果（diff
raction effect）を防止することができる。

【００２６】 全ての従来のラウドスピーカ変換器は、周波数の低下に従い増加する音響エネ
ルギー出力を持つ。本装置は等しく音響パワーを再分配するため、本システムの
全体的な応答は、周波数の低下に従い対応する上昇応答（rising response）を
持つ。図７を参照されたいが、この問題に対応するために好適な実施例では、周
波数の低下に従い電気的エネルギーを低下させる簡易な高域通過フィルタ１００
を、本発明の装置の変換器６０に接続する。本音響システムを駆動するのに使用
される信号源１１０の出力は、フィルター１００を通過し、これによって本シス
テムに対して全ての周波数において実質的に同一な出力を持たせる。本装置を使
用する第２のシステムに複数の変換器６０が導入される場合は、フィルターは複
数の変換器６０を接続するのに使用されるクロスオーバーネットワークの一部と
することもできる。

【００２７】 本発明の装置を音響エネルギーの再分配という観点で説明してきたが、本装置
を使用して電磁波などのその他のエネルギー波形をも再分配することができるも
のと理解すべきである。

【００２８】 前述した発明は理解を明瞭にする目的で詳細に説明してきたが、本発明の請求
の範囲や精神から離れることなく、本発明の技法に鑑みて当業者は、容易に修正
や変形を本発明に施すことことができることが自明であることを理解すべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、内部の反射面の境界を隠れ線で示した支持面上に置かれた本
発明の装置の実施例の側面図である。

【図２】 支持面上に置いた本発明の装置の実施例の正面図である。

【図３】 そのベース部材の露出した上面の境界を隠れ線で示す本発明の装置の
実施例の平面図である。

【図４】 本発明の装置の反射面の形成に使用される２つの楕円を隠れ線で示す
、切断線４−４で切った図３の本発明の装置の実施例の断面図である。

【図５】 ２つの楕円の弧の回転による本発明の装置の反射面を形成する２つの
回転面の構成を示す図である。

【図６】 ベースの上面に傾斜した方向で装着された変換器を持つ本発明の装置
の実施例の側面図である。

【図７】 音響システム用のパワーアンプと本発明の装置に使用される変換器と
の間の高域通過フィルターの接続を示す図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音響エネルギーの再分配用装置であって、 下面（14）を持つベース（10）と、 前面（36）を持つレンズ（30）と、 前記レンズ（30）を前記ベース（10）に装着するための手段とを含み、 前記レンズ（30）の前記前面（36）は、 反射面（50）、この反射面（50）の上にあるポイント（P）、少なくとも１つの
   隣接面（S1）、前記ポイント（P）を通りポイント（B）において前記ベースの前
   記下面（14）を横切るライン（L）、前記ポイント（P）と前記ポイント（B）と
   の間にある前記ライン（L）上にあるポイント（F1）を含み、 前記反射面（50）は、 角度（α1）で前記ライン（L）を回転する楕円弧（A1）の回転面（R1）と、角度
   （α2）で前記ライン（L）を回転する楕円弧（A2）の回転面（R2）と、で規定さ
   れ、 前記楕円弧A1は、前記ポイント（P）で終わる下端部を持ち、前記ポイント（F
   1）に位置する中心点を持つ楕円（E1）の一部を構成し、 前記楕円弧A2は、前記ポイント（P）で終わる上端部を持ち、前記ポイント（F
   1）に位置する中心点を持つ楕円（E2）の一部を構成し、 前記角度（α1）は、 前記回転面（R1）が前記隣接面（S1）に関して凸面をなすように選択され、 前記角度（α2）は、 前記回転面（R2）が前記隣接面（S1）に関して凹面をなすように選択される、 装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の音響エネルギーの再分配用装置において、 前記楕円弧A1とA2とのうちの少なくとも１つが、放物線である、 ことを特徴とする装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の音響エネルギーの再分配用装置において、 前記楕円弧A1とA2とのうちの少なくとも１つが、ほぼ放物線である、 ことを特徴とする装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の音響エネルギーの再分配用装置において、 前記楕円弧A1とA2の両者が、放物線、或いは、ほぼ放物線である、 ことを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の音響エネルギーの再分配用装置において、 前記ポイント（F1）に、或いはこの近傍に位置する変換器（60）をも含む、 ことを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の音響エネルギーの再分配用装置において、 前記変換器（60）はラウドスピーカである、 ことを特徴とする装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の音響エネルギーの再分配用装置において、 前記変換器（60）はマイクロホンである、 ことを特徴とする装置。