JP2004135303A - バッフルの振動低減 - Google Patents

Abstract

【課題】　ラウドスピーカドライバに取り付けられた構造体に伝達される振動を低減する。
【解決手段】　振動低減装置は、振動を受けるバッフルと、バッフルに設置された第１の質量を特徴とする第１の電気音響変換器と、第１の変換器または第１の変換器の周囲付近のバッフルに機械的に接続された第２の電気音響変換器とを備える。第1の変換器および第２の変換器のダイヤフラムの背面側は、聴取域に接続されていない。第1の変換器および第２の変換器は、共通の電気信号を受けるように構成され、第１の変換器の可動要素および第２の変換器の可動要素が、共通の電気信号に応答して逆位相で動き、バッフルに加えられる振動力を大幅に低減する。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、概括的にはバッフルの振動低減に関し、より詳細には、ラウドスピーカドライバに取り付けられた構造体に伝達される振動を低減する新規な装置および技法に関する。

　ラウドスピーカドライバ等の電気音響変換器が、パッケージシェルフ、車両のドア、エンクロージャの壁、他の壁、または他のバッフル等の構造体に取り付けられている場合、通常取り付けは変換器のフレーム周囲になされており、エネルギ印加（付勢）された変換器の駆動力（motor）は、付勢電気信号に応じた力を生成する。駆動力により発生された力により、変換器のダイヤフラム（振動板）が変換器のフレームに対して動くことになる。これらの力はまた、フレームの取り付け点を介してフレームから構造体へ伝達される。パッケージシェルフおよび車両のドアパネルは、薄板金等の薄い材料からできていることが多い。かかる構造体の剛性は通常、振動に耐えるには不十分であり、通常はわずかに振動が減衰するだけである。その結果、構造体のモード共振周波数付近で構造体に加えられる力により、音響的に望ましくない騒音として知覚される構造体の過剰な振動、すなわち放射音の周波数応答の劣化が生じる。

　本発明の重要な目的は、構造的に伝達されるこれらの振動を低減することである。

　本発明によると、可動ダイヤフラムを組み込んだ第１の電気音響変換器（トランスデューサ）が、パネルに設置および構造的に結合される。変換器は、第１の電気音響変換器のダイヤフラムの運動と位相がずれて駆動される補償可動質量（mass）を含むデバイスに機械的に接続され、結果としてパネルに加えられる力を大幅に低減する。典型的には、補償質量を有するデバイスは、第１の変換器と同一の第２の電気音響変換器である。本発明の別の特徴によると、第１の変換器の第１の側からの音響出力は車両の乗員室またはリビングルーム等の聴取環境に直接結合される。第２の変換器の第１の変換器方向と別方向（離れる方向）を向く側からの音響出力もまた、柔軟性（コンプライアント：compliant）体積部および／またはポート等の音響要素（単数または複数）を介して聴取環境に結合され、それによって、第２の変換器の別方向を向く側から乗員室への音響出力は、所望の周波数範囲にわたって、第１の変換器の第１の側から乗員室への出力と実際上同位相である。音響要素（エレメント）は、第２の変換器の別方向を向く側からの出力が、第１の変換器の第２の側からの出力または第２の変換器の第１の側からの出力と音響的に結合されないように構成される。したがって、本発明は、支持構造体の望ましくない機械的振動の著しい低減と、第２の変換器からの音響出力の向上との両方を達成する。

　本発明のその他の特徴、目的、および利点は、添付図面と関連する以下の説明を読めば明らかとなるであろう。

　次に、図面を、特に図面の図１を参照すると、無限バッフル１１に搭載された構造を有する本発明の一実施形態の概略図が示されており、無限バッフル１１は通常、ラウドスピーカドライバ１２等の第１の変換器を搭載した車両のリアシェルフまたはドアパネルであり、ラウドスピーカドライバ１２は、好ましくはそれと同一のラウドスピーカドライバ１３等の第２の変換器に機械的リンク１４を介して機械的に接続される。これら２つの変換器は、ダイヤフラムが同じ軸方向に動くように、実質的に平行な平面に取り付けられることが理想的である。変換器１２の前面側は、聴取域１８に直接結合されている。バッフル１１が車両のリアパッケージシェルフである場合、聴取域１８は車両の乗員コンパートメント（乗員室）である。変換器１２の第２の側は体積部３０に結合されており、体積部３０は、バッフル１１がリアパッケージシェルフである場合、車両のトランクである。ドライバ１３のダイヤフラム２２の第２の側は、コンプライアントコラム１５およびポート管１６を介して聴取域１８に結合されている。変換器１３のダイヤフラム２２の前面は、体積部３０に結合されている。パワーアンプ１７が、同じ信号を用いて第１のラウドスピーカドライバ１２および第２のラウドスピーカドライバ１３を付勢するが、逆の極性でそれらを駆動する。本システムは、第１のドライバ１２のダイヤフラム２１が上方に動くと第２のドライバ１３のダイヤフラム２２が下方に動くように構成される、これにより、バッフル１１に加えられる力およびそれによって生じるバッフル１１の望ましくない振動が大幅に低減させる。また、第２のドライバ１３の背面からの出力は、第１のドライバ１２の前面からの出力と実質的に同位相で放出するようにコンプライアントコラム１５およびポート管１６により結合される。第２のドライバ１３の背面からの出力はまた、断面がほぼ一定か、または滑らか（スムーズ）に変化する導管を介して、一般性を失うことなく聴取域１８に結合され得る。

　第２の変換器は同一の変換器である必要はない。振動の大幅な低減に必要なのは、第２の変換器の可動質量と発生される駆動力が、第１の変換器の可動質量と発生される駆動力とほぼ等しいことである。このような構成要素は、第１の変換器と同一の変換器より低いコストで製造することができる。しかし、第１の変換器がバッフルに取り付けられるのと同じ取り付け点で第２の変換器を第１の変換器に取り付けることができるように、２つの変換器のフレームは同様のものであることが望ましい。組み立ての代替的な手段は、第１のドライバの駆動構造体の上部を第２のドライバの駆動構造体の背面に、金属製のねじ状ロッド等の剛性の接続部材を用いて固定することである。

　図３は代替的な構成を示す。ここでは、ドライバ１３はドライバ１２に対して物理的に逆に向けられている。図３は、ドライバ１２の駆動構造体の背面がスペーサ２０を介してドライバ１３の駆動構造体の背面に固定されている様子を示すが、スペーサ２０がなくてもよい。２つの変換器の構造的結合は、図１のシステムにおいて示すように、変換器のフレーム周囲の取り付けによっても達成することができる。図３の構成は、変換器１２および１３のそれぞれが図示するものとは逆にされた場合でも、同様にうまく機能する。この場合、構造的な接続は、変換器のフレーム周囲の取り付けによって、より容易に達成され得る。

　ドライバ１２および１３が互いに対して物理的に逆にされているため、同じ相対極性の信号を各変換器に与えると振動の相殺が生じる。ドライバ１２に供給される信号によりドライバ１２のダイヤフラム２１が下方へ動くと、ドライバ１３に接続されたアンプ１７からの信号出力によりドライバ１３のダイヤフラム２２がダイヤフラム２１の動きとは逆方向に上方へ動くように、各ドライバがアンプ１７の出力に取り付けられる。

　ある周波数より上では、第２の変換器からの出力は第１の変換器からの出力と同位相にはならない。組み合わされたシステムの周波数応答は、第１の変換器の前面と聴取位置との間、および第２の変換器の背面と聴取位置との間の経路長の差が半波長である場合に第１ヌル（null）が生じるコムフィルタのふるまい（性質）を示し得る。

　このコムフィルタのふるまい（作用）の影響を低減する一手法は、ローパスフィルタを用いて、両方のドライバに与えられるスペクトル成分を第１ヌルより下のスペクトル成分に制限すること、およびより高い周波数スペクトル成分を再生するための他の変換器を用いることによってなされる。用いられるローパスフィルタは、両方のドライバに対して同一のものであっても、あるいは異なる次数および／またはコーナー（折点）周波数を有していてもよい。ドライバの一方からの出力は、所定の遮断（カットオフ）周波数より下になるように制限することができ、もう一方はより広い周波数範囲で動作することが可能である。好ましくは、第１の変換器は第２の変換器よりも広い周波数範囲で動作する。このような結果は、第２の変換器の信号経路のみにローパスフィルタを配置すること、あるいは第２の変換器の信号経路のローパスフィルタよりも高いコーナー周波数および／または低い次数のローパスフィルタを第１の変換器の信号経路に配置することにより、達成することができる。また、複数の音響要素が一緒になって１つのローパスフィルタを形成するように、音響要素が第２のドライバを聴取域に接続するという適切な設計と組み合わせて、またはその設計のみによって、このような結果を達成することができる。

　第２の変換器の信号経路にローパスフィルタを、かつ第１の変換器の信号経路に相補的なオールパスフィルタを含むことも有利であり得る。相補的なオールパスフィルタは、対応するローパスフィルタと同じ位相応答を、周波数の関数として有する。この機能は、例えば、ローパスフィルタおよびオールパスフィルタのコーナー周波数が実質的に同一である場合、二次高減衰ローパスフィルタを第２の変換器の信号経路において、かつ一次オールパスフィルタを第１の変換器の信号経路において用いることにより達成することができる。

　別の実施形態によれば、四次ローパスフィルタを第２の変換器の信号経路において、かつ二次オールパスフィルタを第１の変換器の信号経路において用いることも可能である。相補的なオールパスフィルタ／ローパスフィルタの組み合わせの他の例は、当業者には明らかであろう。

　上述のような相補的オールパスフィルタおよびローパスフィルタの使用を、参照により本明細書に援用する米国特許第５，０２３，９１４号に開示される他の信号処理と組み合わせて、システムの周波数応答の改善と振動の低減とを同時に達成することができる。

　図２を参照すると、種々の構造について、周波数の関数としてのバッフルに加わる力のグラフが示されている。曲線２１は、ローパスフィルタを有する音響システムにおいてBoseの８インチＮｄドライバを２つ用いた結果の応答を示す。曲線２２は、ローパスフィルタとともに８インチＮｄドライバを１つだけ用いた場合に加わる力を示す。曲線２３は、ローパスフィルタなしで、本発明に従って接続された８インチＮｄラウドスピーカドライバを２つだけ用いた場合に加わる力を示す。曲線２４は、８インチＮｄラウドスピーカドライバを１つだけ用いた場合に加わる力を示す。これらのグラフは、バッフルに加えられた力が本発明を用いて大幅に低減されること、およびシステムにローパスフィルタを組み込むことの利点を示している。

　図１および図３に示す実施形態は、無限バッフル１１との使用を示す。この構成は、聴取域として領域１８を有するように示されるが、この領域は必ずしも必要ではない。本発明は、一般性を失うことなく、聴取域として機能する体積部３０または領域１８とも同様に良好に機能するようになっている。

　図４は、代替的な構成の変換器との本発明の使用を示す。変換器３２および３３は、変換器１２および１３の駆動構造体に対して反転した駆動構造体を有する。図４は、互いに対して物理的に反転した変換器３２および３３を示し、反転駆動構造体の変換器の使用は、図示する向きに限定されない。非反転駆動変換器について説明した前述の構成はいずれも、反転駆動構造体を有する変換器にも適用可能である。本発明の反転駆動構造変換器の使用により、複数の変換器アセンブリの厚さ全体を大幅に低減させることができ、これにより、車両のトランク内のアセンブリの割り込み（進入）が減る、すなわち、従来の変換器を用いた構成では収まらない壁空間内にシステムが収まることが可能になる。また、機械的リンク１４は、反転駆動構造体ではない変換器を用いた実施形態において、図１に示すリンク１４よりもはるかに薄くすることができることが注目される。

　当業者は、本発明の概念から逸脱せずに、本明細書に開示された装置および技法の多くの使用および修正、ならびにかかる装置および技法からの変更を行い得ることは明白である。したがって、本発明は、本明細書に開示され、特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ制限される装置および技法にあり、またはかかる装置および技法が有するありとあらゆる新規特徴および特徴の新規組み合わせを包含するものと解釈すべきである。

車両のリヤデッキまたはドア等の無限バッフルにアセンブリが搭載された、本発明の一実施形態の概略図である。 種々のシステムについて、周波数関数としての構造体に加わる力を示すグラフである。 車両のリアデッキまたはドア等の無限バッフルにアセンブリが搭載された、本発明の代替的な実施形態の概略図である。 反転駆動構造を有する変換器を組み込んだ車両のリアデッキまたはドア等の無限バッフルにアセンブリが搭載された、本発明の代替的な実施形態の概略図である。

Claims (1)

1. 　振動低減装置であって、
   　振動を受けるバッフルと、
   　該バッフルに設置された第１の質量を特徴とする第１の電気音響変換器と、
   　該第１の変換器または第１の変換器の周囲付近の前記バッフルに機械的に接続された第２の電気音響変換器と、を備え、
   　前記第1の変換器および前記第２の変換器のダイヤフラムの背面側は、聴取域に接続されておらず、
   　前記第1の変換器および前記第２の変換器は、共通の電気信号を受けるように構成配置され、それにより、前記第１の変換器の可動要素および前記第２の変換器の可動要素は、前記共通の電気信号に応答して逆位相で動き、前記バッフルに加えられる振動力を大幅に低減する、振動低減装置。