JP2004537938A - 音響エンクロージャーの改良 - Google Patents

Abstract

音響エンクロージャー、例えばラウドスピーカー（１０）は、キャビネット内に吸着体材料を使用し、及び／又は吸着体材料用の格納手段（２２）を使用し、この吸着体材料は、少なくとも部分的に疎水性である。有利には、この材料は、疎水特性を備えるために処理された活性炭である。有利には、吸着体材料は、ケイ素含有化合物で処理される。これは、音響エンクロージャーの音響コンプライアンスを改良する。

Description

【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、音響エンクロージャー、例えばラウドスピーカーの音響エンクロージャー、に関し、かつ特に、最小サイズのラウドスピーカーキャビネットから最大の低音部性能を達成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
小さいラウドスピーカーシステムの低周波数性能を拡張するために多くの試みがなされてきた。しかしながら、これまでに商業的に成功したとはいえるものはない。
【０００３】
ＧＢ２１４６８７１Ｂに、実質的に閉じられた容積、例えばラウドスピーカーのキャビネット内部での圧力変動を排除又は実質的に排除するための技術が記載されている。ラウドスピーカーのコーンが、キャビネット内部に向かって可動域を形成する場合、キャビネットの実質的に閉じられた容積は、効果的に容積を減じる。そのような可動域（excursion）はキャビネット内の圧力を増加させる傾向があり、これらの圧力変動は、キャビネット内に、多量の材料を置くことにより減じられる。この材料は、キャビネット内のガス又は蒸気に対し吸着性である。吸着材料は、活性炭の塊又は顆粒形の炭素であってよい。プラスチック材料の成形体であるか又は発泡金属シートから形成できるメッシュ様支持構造により、顆粒は適所に保持されると記載されている。これは、小さい顆粒が支持構造を通り抜けてしまうのを防止するために、多孔性組織、例えば、ろ紙で裏打ちされていて良い。
【０００４】
ＧＢ２１４６８７１Ｂに、炭素顆粒が水分を含まないようにしておくことが望ましいことが記載されている。前記特許明細書中に記載された、これを達成する方法は、箱内の顆粒とスピーカーとの間に、湿気を通さないダイアフラムを置くことを含み、かつ多量の炭素粒子の領域に湿気が入るのを防ぐ防湿層を使用することも含む。
【０００５】
米国特許５８５７３４０は、熱音響共振子の音響共振子中のガス混合物のうちの1つを選択的に吸着するために炭素を使用することを開示している。
【０００６】
米国特許５０８０７４３は、グラファイト結晶を含む炭素質材料から全体的に形成された音響ダイアフラムを形成する方法を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
音響エンクロージャーに吸着体材料を使用するのは、有益であり得るが、そのような物質の実際の使用には問題がある。
【０００８】
ラウドスピーカーのコーンが後方へ移動すると、箱中の空気は僅かに圧縮される。慣用のラウドスピーカーでは、これは、圧力の増加を生じて、コーンの移動を邪魔するように作用する。本発明によるキャビネット中では、一部の空気分子が炭素顆粒の表面に直ちに結合する（吸着）ので、増加圧力はより小さい。それゆえ、移動に対するインピーダンスは著しく減じる。コーンが前に移動すると、空気分子は、生じた圧力減少により脱着される。
【０００９】
この吸着は（一時的な）空気密度の減少と考えることもできる。ラウドスピーカーキャビネット中の空気の音響コンプライアンスは、以下の式：
Ｃ_A＝Ｖ_B／ρｃ²
（式中、Ｖ_Bは、正味のエンクロージャー容積であり、
ρは、空気密度であり、
ｃは、空気中の音速である）により与えられる。
【００１０】
そのため、密度の減少は、コンプライアンスの増加を生じ、これは、エンクロージャーを拡大することに相当する。
【００１１】
このスティフネス減少又はコンプライアンス増大は、最適条件下で、４倍以上であることもある。実際には、１．５〜３のファクターが容易に達成できる。
【００１２】
本発明を用いて達成されたコンプライアンス増大は、図1に示されるように、主に低周波数で効果的である。約２００Ｈｚより高い周波数では、吸着と脱着が完全に起こるには、サイクル時間が余りに短くなりすぎるので、性能が低下する。
【００１３】
活性炭の空気を吸着する傾向と水蒸気を吸着する傾向との間には、強い関係がある。水蒸気を吸着すると、水分子が孔をブロックし、空気の吸着を妨げるので、コンプライアンス増大に不利な影響を及ぼす。そのため、炭素はできる限り乾燥させておかねばならず、その「水の取り込み」は、最小であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
［発明の要約］
本発明の主題であるアプローチは、少なくとも部分的に疎水性、即ち撥水性である吸着材料及び／又はそれ用の格納手段（containment means）を使用することである。この方法で、ラウドスピーカーの音響コンプライアンス増大、即ち音響コンプライアンスにおける改良を達成することができる。言い換えると、ラウドスピーカーキャビネットは、キャビネットに対して何らの物理的変更を行わずに音響的により大きく見えるようにすることができる。あるいは、同じ音響出力が、より小さなサイズのキャビネットで得ることができる。
【００１５】
ラウドスピーカーキャビネット内に使用されるほかに、そのような吸着体材料は他のタイプの音響エンクロージャーに使用することもできる。特に、録音スタジオは、防音を改良するために、エアギャップ、緩衝材等を組み込んだ壁を有する。そのような従前の特徴の代わりに、又はそれに加えて、そのような部屋には、本発明の疎水性吸着体材料を組み込んでもよく、好適には、部屋の壁内に位置するようにしてもよい。その際、壁中の防音構造の厚さは減じることができ、従って、部屋の利用できる空間を増すことができる。
【００１６】
本発明の一態様により、少なくとも部分的に疎水性であるか又は疎水性になるように処理されている吸着体材料がその内部にある音響エンクロージャーが提供される。
【００１７】
本発明の他の態様により、格納手段内部にあり、少なくとも部分的に疎水性であるか又は少なくとも部分的に疎水性になるように処理されている吸着体材料が内部に位置する音響エンクロージャーが提供される。
【００１８】
明らかに、本発明の範囲内で、疎水性吸着体材料を使用し、さらに、格納手段を撥水性にすることの両方が可能である。
【００１９】
吸着体材料は、有利には活性炭であり、好適に処理されて疎水性の特性を備えている。
【００２０】
有利には、吸着体材料は、ケイ素含有化合物を含む。
【００２１】
使用できる他の材料は、アルミナ、シリカ、ゼオライト及びエーロゲルを含み、これらは、非常に吸着性である。
【００２２】
そのようなコンプライアンス増大材料を含有するラウドスピーカーのデザインにおいて考慮すべき要素は、材料をどのように空気に曝すかということである。望ましくは、キャビネット内で、空気に表面を最大に露出させる必要がある。疎水性炭素及び／又は撥水性の格納材料（containment material）を使用しているが、コンプライアンス増大材料の大きな固体質量を使用せず、例えばウェッビング（webbing）で連結されたチューブ状材料バッグのモジュラー型配置（modular arrangement）を使用することが望ましい。そのようなチューブ状バッグは、重ねて、相互に直角に置き、個々のバッグと、空気に曝される最適な表面との間は、殆ど接触させないことができる。
【００２３】
あるいは、また、材料を最大に空気に曝すために、多数のチューブ状材料バッグを、キャビネット内にカーテンの形で配列することができる。
【００２４】
コンプライアンス増大材料（例えば、疎水性炭素）がバッグ内に含有されるならば、バッグ材料はマルチフィラメント織物材料であってよい。
【００２５】
疎水性であるコンプライアンス増大材料についての本明細書中の言及は、１００％疎水性ではない材料を排除することを意図するものではない。本発明は、たとえ、真に疎水性であると言えなくても、その疎水性品質を改良するために処理されたコンプライアンス増大材料にも及ぶことを意図とする。格納材料に関しても同じことがいえる。１００％撥水性でなくとも、その撥水性特徴を改良するために処理された材料は、本発明の範囲内にあるとみなすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［有利な態様の記述］
本発明を、実施例を挙げて、また添付の図面を参照して、より詳細に記載する。
図２は、前壁１２、後壁１４及び側壁１６を備えるラウドスピーカーキャビネット１０を示す。２つの駆動装置（drive unit）１８、２０が示されている。各側壁１６は、湾曲して、複数の垂直のチューブ状バッグ２２を収容しており、チューブ状バッグは、本発明によるコンプライアンス増大材料を含有している。バッグ２２は、キャビネットの各側面に、ウェッビングにより連結させることができる。バッグ材料は、マルチフィラメント合成織物材料であってよい。バッグは、従って、エンクロージャー内のカーテンとして機能し、大きな表面積を提供する。
【００２７】
活性炭をある種の薬剤で処理すると、その疎水性が増加する、即ちある一定の相対湿度で、未処理炭素より水の吸着が少ないことが発見されていた。特に、炭素をケイ素含有化合物で処理するとその疎水性を増加させることができる。好適なシリル化剤は、各種の置換基を有する活性化合物（例えばハロゲン化シリル及びシリルエステル）及び非活性化合物（例えばシリルアルコール）の両方を含み、かつ次の一般式：
Ｒ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｓｉ−（ＣＨ₂）_n−ＯＨ
Ｒ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｓｉ−Ｈａｌ
Ｒ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｓｉ−Ｘ−Ｓｉ−Ｒ₄Ｒ₅Ｒ₆
Ｒ₁Ｓｉ（ＯＲ₂）（ＯＲ₃）（ＯＲ₄）
Ｒ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄Ｓｉ
（式中、ｎ＝０〜２０、Ｘ＝Ｏ、Ｓ又はＮＲ₁、Ｈａｌ＝ハロゲン、かつＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅及びＲ₆のそれぞれは、相互に独立して、水素、任意選択的に置換されている、分枝状及び非分枝状のアルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール基からなる群から選択される）を有するものを含む。
【００２８】
そのようなＲ基の特定の例は、Ｈ、Ｍｅ、Ｅｔ、Ｐｒ、ｎ−Ｂｕ、ｉｓｏ−Ｂｕ、ｔｅｒｔ−Ｂｕ、アリル、フェニル等を含む。好適なシリル化剤の特定例は、
トリメチルシリルエタノール（ＴＭＳＥ）
ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）
メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）
プロピルトリメトキシシラン（ＰＴＭＳ）
イソ−ブチルトリエトキシシラン（ｉ−ＢＴＥＳ）
オクチルトリエトキシシラン（ＯＴＥＳ）
を含む。
【００２９】
上記シリル化剤または複数のシリル化剤を、多くの方法で炭素中に組み込むことができる。炭素をシリル化剤溶液中に浸し、次いで乾燥させるか、又は炭素にシリル化剤をスプレーするか、又はシリル化剤を気化させ、炭素上に吸着させることができる。又は、これらのステップの前に又はこれらのステップの間に、例えば、触媒又は塩基での処理及び活性化合物（例えば、tert−ブチルジメチルクロロシラン）での処理により、炭素を化学的に活性化させることができる。これらのステップは、周囲圧力及び周囲温度の前後で実施することができる。
【００３０】
ここで、シリル化剤の活性炭への組込み例を、生じた処理済炭素の特性と共に記述する。
【実施例】
【００３１】
［実施例］
明細書で使用される全ての出発物質及び試薬は、市販のものであるか又はその合成方法が公開されているものである。例えば、各種の未処理活性炭類は、Ｓｕｔｃｌｉｆｆｅ Ｓｐｅａｋｍａｎ Ｃａｒｂｏｎｓ Ｌｔｄ ｏｆ Ｌｏｃｋｅｔｔ Ｒｏａｄ，Ａｓｈｔｏｎ−ｉｎ−Ｍａｋｅｒｆｉｅｌｄ，Ｌａｎｃａｓｈｉｒｅ，ＷＮ４ ８ＤＥ，ＵＫから購入することができる。ケイ素含有化合物は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ ｏｆ Ｔｈｅ Ｏｌｄ Ｂｒｉｃｋｙａｒｄ，Ｎｅｗ Ｒｏａｄ，Ｇｉｌｌｉｎｇｈａｍ，Ｄｏｒｓｅｔ，ＳＰ８ ４ＢＲ，ＵＫのような供給源から購入することができる。
【００３２】
［オルガノシラン含浸法］
ファンのついた乾燥オーブン中で、１２０℃で最低４時間、事前に調整され、次いでシリカゲルのデシケーターで周囲条件まで冷却された顆粒状活性炭の量を正確に秤量して、すりガラスの蓋が取り付けられたガラス皿にいれた。ガラス皿及び秤量された活性炭は、別々にしたすりガラス密封蓋と一緒に温度制御された加熱オーブン中に置いた。オーブン温度設定値は、オルガノシラン（又はオルガノシリル）含浸剤の各沸点に依存した。該当するオルガノシランの沸点より２０℃高いオーブン温度が必要であった。
【００３３】
添加すべきオルガノシラン化合物の量は、秤量された活性炭に対して必要とされる含浸の度合いを生じるように計算された。オルガノシランをベースとする液体の必要量は、秤量されて、小さなガラス薬瓶に入れ、これは、次いで、ガラス皿の中に、加熱活性炭と、別々に注意深く置いた。次いで、加熱皿と中身は蓋で密封し、加熱オーブン中へ戻した。オルガノシラン化合物の完全な気化／加熱吸着体炭素上への吸着がいつ達成されたかは、しばしば視覚による点検で決定した。密閉ガラス皿及び中身をホットオーブンから取り出し、冷却した。炭素重量の増加を測定した。
【００３４】
オルガノシランをベースとする添加物の％重量／重量は、以下の式：
％ｗ／ｗ添加物＝Ａ×１００／（Ｃ＋Ａ）
により計算され、ここで、Ｃ＝炭素の元の重量、Ａ＝炭素の増加重量である。
【００３５】
例１．トリメチルシリルエタノール（ＴＭＳＥ）３％ｗ／ｗ添加
活性炭：高度に活性化されたココナッツ殻
乾燥炭素重量：１．９４００ｇ
ＴＭＳＥの沸点：７３℃
オーブン温度：９３℃
重量増加：０．０６ｇ
％ｗ／ｗ ＴＭＳＥ：０．０６×１００／（１．９４＋０．０６）＝３．０％
【００３６】
例２．ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）６％ｗ／ｗ添加
活性炭：高度に活性化されたココナッツ殻
乾燥炭素重量：１．８８００ｇ
ＨＭＤＳＯの沸点：１０１℃
オーブン温度：１２１℃
重量増加：０．１２ｇ
％ｗ／ｗ ＨＭＤＳＯ：０．１２×１００／（１．８８＋０．１２）＝６．０％ｗ／ｗ添加
【００３７】
［２５℃における相対圧力の関数としての水の取り込みの測定］
水吸着特性の測定において、生成した空気流からの水蒸気の吸着を含む動的方法は、実際に観察される吸着条件を表す最も好適なものと考えられた。簡単に下に記載する実験装備は、空気／水混合物を生じるよう構成されている。「パイレックス」ガラス器具類及び標準すりガラスジョイントを終始使用した。
【００３８】
空気流は、活性炭、シリカゲル及びシリカゲル＋ソーダ石灰をそれぞれ含有する一連のタワーの通過により乾燥及び精製された。調整された空気流は、分流され、２つの、目盛つきフロー・ロータメーターを通過させた。流量計からの２つの空気流は、２５℃に等温制御された水浴中に浸漬された別々のガラススパイラル管に導通された。１つの空気流は、一連の２つの気泡管式飽和器（bubbler saturator）を通過することにより水で飽和された。次いで、２５℃の水浴に浸漬された混合瓶中で、水飽和空気流は、第二の流量計からの空気の制御流と混合された。混合空気流は、秤量された量の、予め乾燥された活性炭を含む吸着チューブを、２５℃で、通過させた。
【００３９】
流量計を流通する空気を制御及び測定することにより、生じる混合空気流の水蒸気の分圧を計算することが可能であった。
【００４０】
ａ₁が水飽和器を通る流量であり、ａ₂が純空気流混合物の流量であり、ａ₃が、水蒸気による流量の増加分である場合に、水の蒸気圧であるＰは、以下の式：
Ｐ＝(ａ₃×Ｐ_A)／（ａ₁＋ａ₂＋ａ₃）及びＰs＝(ａ₃×Ｐ_A)／（ａ₁＋ａ₂）
により与えられ、ここで、Ｐ_Aは大気圧であり、Ｐsは、試験温度における水の飽和蒸気圧である。２つの等式を一緒にして、水蒸気の相対圧は、以下の式：
Ｐ／Ｐｓ＝ａ₁／（ａ₁＋ａ₂）−（ａ₂Ｐｓ／Ｐ_A）
により与えられる。
【００４１】
実際は、約０．５ｇの予め乾燥した炭素サンプルは、正確に秤量して、予め計量しておいた吸着チューブに導入し、このチューブは、設定分圧で、湿潤空気の混合流に接続した。炭素は、時間をかけて、水蒸気流と平衡になるようにした。断続的に、吸着チューブを取り出し、栓をつけて、計量した。この手順は、重量が一定になるまで繰り返した。次いで、流量を変えて、水蒸気のより高い分圧を生じさせ、吸着等温線を構成する十分なポイントが得られるまで続けた。次いで、平衡に達するまで、炭素を水で飽和させた空気流に曝した。
【００４２】
吸着カーブの構成では、取り込んだ量ｇ／炭素１００ｇとして、水の取り込みを水蒸気の相対圧（Ｐ／Ｐ_S：すなわち相対湿度％）に対してプロットした。
【００４３】
［結果と検討］
この観察は、表１に記録されたように、活性炭による水分の取り込みの減少によるものでありうる。この表で、ＬＭ０５６及びＬＭ０５８は、それぞれ、２．１％と３．０％のトリメチルシリルエタノール（ＴＭＳＥ）で含浸された活性炭の実験室サンプルを表す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１は、６０〜８０％の相対湿度（Ｒ．Ｈ）で、水の取り込みが元の値の約１／３にまで減じていることを示している。３．０％のＴＭＳＥで含浸された後のＣＴＣ値の測定は、元のＣＴＣ値、１１１％に対し、９５％の値を示した。これは、水の取り込みにおける減少と比べ、減少が小さい。
【００４６】
図３は、図表にしたデータの図解であり、ＴＭＳＥ含浸が、相対湿度０〜１００％の範囲にわたり、水の取り込みを著しく減じることを明確に示している。
【００４７】
もう１つの例示は、表２に提供されている。これは、相対湿度６０％と８０％で、一連のオルガノシリル化合物：
【表２】

で含浸された活性炭についての水の取り込みの減少を示す。
【００４８】
【表３】

【００４９】
これらの水吸着データは、炭素上への水の平衡状態の吸着に関するものあると認識すべきである。処理済炭素上への水の吸着の動的比率は、未処理炭素と比較して減少していることが注目された。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による代表的ラウドスピーカーに関し、周波数に対しプロットされたコンプライアンス増大ファクターを示すグラフである。
【図２】ラウドスピーカーキャビネットの部分的に切り取られた図であり、キャビネット内に垂直に配置されたチューブ状モジュールに、吸着体材料が入れられている。
【図３】処理された活性炭及び未処理活性炭の水吸着等温線のグラフである。

Claims (18)

1. 少なくとも部分的に疎水性であるか、又は少なくとも部分的に疎水性になるように処理されている吸着体材料が内部に存在する音響エンクロージャー。
2. 少なくとも部分的に疎水性であるか、又は少なくとも部分的に疎水性になるように処理されている格納手段内部にある吸着体材料が内部に位置する、音響エンクロージャー。
3. 前記吸着体材料が活性炭を含む、請求項１又は２に記載の音響エンクロージャー。
4. 前記吸着体材料が、ケイ素含有化合物を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響エンクロージャー。
5. 前記ケイ素含有化合物が、式：
   Ｒ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｓｉ−（ＣＨ₂）_n−ＯＨ
   Ｒ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｓｉ−Ｈａｌ
   Ｒ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｓｉ−Ｘ−Ｓｉ−Ｒ₄Ｒ₅Ｒ₆
   Ｒ₁Ｓｉ（ＯＲ₂）（ＯＲ₃）（ＯＲ₄）
   Ｒ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄Ｓｉ
   （式中、ｎ＝０〜２０、Ｘ＝Ｏ、Ｓ又はＮＲ、Ｈａｌ＝ハロゲン、かつＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅及びＲ₆の各々が独立して、水素、任意選択的に置換されている、分枝状及び非分枝状のアルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール基からなる群から選択される）を有する、請求項４に記載の音響エンクロージャー。
6. 前記ケイ素含有化合物が、
   トリメチルシリルエタノール（ＴＭＳＥ）
   ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）
   メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）
   プロピルトリメトキシシラン（ＰＴＭＳ）
   イソ−ブチルトリエトキシシラン（ｉ−ＢＴＥＳ）
   オクチルトリエトキシシラン（ＯＴＥＳ）
   から選択される、請求項４又は５に記載の音響エンクロージャー。
7. 前記炭が、ケイ素含有化合物を約０．１重量％から約２０重量％までの量で含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の音響エンクロージャー。
8. 前記炭が、ケイ素含有化合物を約３重量％から約６重量％までの量で含む、請求項４〜７のいずれか１項に記載の音響エンクロージャー。
9. 前記吸着体材料が格納手段内部に位置し、該格納手段が、吸着体材料をそれぞれ含有する複数の別個のモジュールを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の音響エンクロージャー。
10. 前記格納手段が、連結された複数の材料バッグを含む、請求項９に記載の音響エンクロージャー。
11. 前記格納手段が、ウェッビングにより連結された複数の材料チューブを含む、請求項９に記載の音響エンクロージャー。
12. 前記格納手段が、マルチフィラメント合成織物材料を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の音響エンクロージャー。
13. 音響エンクロージャーが、防音構造体である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の音響エンクロージャー。
14. 音響エンクロージャーが、部屋である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の音響エンクロージャー。
15. 音響エンクロージャーが、ラウドスピーカーキャビネットである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の音響エンクロージャー。
16. 実質的に、添付の図面に関し明細書中に記載され、かつ添付の図面に示されているとおりの音響エンクロージャー。
17. 実質的に、添付の図面に関し明細書中に記載され、かつ添付の図面に示されているとおりのラウドスピーカー。
18. 明細書中に記載されている任意の新規の特徴又は複数の特徴の組合せ。

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