JP2006229786A - ホーンスピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 波面を平面に近づけることのできるホーンスピーカ装置を提供する。
【解決手段】 ホーンスピーカ装置１０は、ドライバ１２とホーン１４とを備えている。ホーン１４は、ドライバ１２とホーン先端１６との間に、縦幅が横幅より大きい扁平ホーン部１８を含み、扁平ホーン部１８は、ホーン中心軸２６からの縦方向の距離に応じて横幅が変化する断面形状を有し、ホーン中心軸近傍の中央領域２８の横幅Ｗｃと比べて、縦方向の両端に近い外側領域３０の横幅Ｗｏが小さくなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、波面特性を改善したホーンスピーカ装置に関する。

従来、ホーンスピーカ装置がコンサート会場などで使われている。ホーンスピーカ装置は例えば特許文献１に開示されている。

図９は、従来のホーンスピーカ装置の例である。ホーンスピーカ装置１００は、ドライバ１０２とホーン１０４とを備えている。ホーン１０４は、ドライバ１０２とホーン先端１０６の間に、扁平ホーン部１０８と拡大ホーン部１１０を有している。扁平ホーン部１０８は、縦幅が横幅より大きい縦長の断面形状を有している。拡大ホーン部１１０では、横幅が急拡大する。

図９のホーンスピーカ装置１００では、ドライバ１０２からホーン先端１０６までの経路長が、中心軸（正面軸）付近と両端付近とで異なる。そのため、ホーン先端１０６での音の位相がずれ、その結果、音の波面が図示のように球面になる。

しかし、スピーカ特性の観点からは、波面が極力平面に近づくことが望まれる。特に、コンサート会場などでは、複数のホーンスピーカ装置１００が縦方向に積み重ねられる。この場合、音質向上のためには、波面が平面に近いことが有利である。

そこで、従来、図１０に示されるホーンスピーカ装置が提案されている。図１０のスピーカ装置１２０では、ホーン１２２が複数の枝に分かれている。そして、中央側の枝が屈曲している。スピーカ中心に近づくほど、屈曲の程度が強くなる。このような構成により、ホーン内の経路長（音道長さ）が、中心と端部で同じになり、これにより、波面が平面に近づく。
特開平８−３３１６８３（第３ページ、図３）

しかしながら、従来のホーンスピーカ装置においては、図９を用いて説明したように、音の波面が球面になるという問題があった。また、図１０のホーンスピーカ装置では、音道をうねらせているために、不要な反射および歪みが発生し、音質が悪影響を受けるという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、その目的は、波面を平面に近づけることのできるホーンスピーカ装置を提供することにある。

本発明のホーンスピーカ装置は、ドライバとホーンとを備え、前記ホーンは、前記ドライバとホーン先端との間に、縦幅が横幅より大きい扁平ホーン部を含み、前記扁平ホーン部は、ホーン中心軸からの縦方向の距離に応じて横幅が変化する断面形状を有し、ホーン中心軸近傍の中央領域の横幅と比べて、縦方向の両端に近い外側領域の横幅が小さくなっている。

この構成により、中央領域と比べて外側領域の横幅が小さくなっているので、外側領域の音速が中央領域の音速よりも大きくなり、したがって、ホーン先端での中央と外側の位相差が低減し、縦方向に関して波面を平面に近づけることができる。

また、本発明のホーンスピーカ装置において、前記扁平ホーン部は、前記ドライバの直後で縦幅が拡大する縦幅拡大部と、前記縦幅拡大部に続いて設けられ縦幅が維持された縦幅維持部とを備えている。この構成により、ホーン中心軸に沿ったホーン断面積変化が適切になるようにホーン形状を設定することができる。

また、本発明のホーンスピーカ装置は、ホーン中心軸に沿ったホーン断面積変化特性を表す指数関数に基づいて前記外側領域での横幅の縮小に応じて縦方向に膨らまされたホーン形状を有する。この構成により、ホーン中心軸に沿ったホーン断面積変化が適切になるようにホーン形状を設定することができる。

本発明は、扁平ホーン部の中央領域と比べて外側領域の横幅を小さくすることで、音の波面を平面を近づけることができるという効果を有するホーンスピーカ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態のホーンスピーカ装置について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係るホーンスピーカ装置を図１（ａ）、図１（ｂ）に示す。図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は平面図である。

図１において、ホーンスピーカ装置１０は、ドライバ（コンプレッションドライバ）１２とホーン１４とを備えている。ホーン１４は、ドライバ１２とホーン先端１６の間に、扁平ホーン部１８と拡大ホーン部２０とを有している。扁平ホーン部１８は、縦幅が横幅より大きい縦長の断面形状を有している。拡大ホーン部２０では、横幅が急拡大する。

なお、縦方向は、扁平形状の長手方向を意味し、横方向は、扁平形状の厚さ方向を意味する。また、縦幅および横幅は、ホーン内空間の縦方向および横方向の寸法である。

扁平ホーン部１８は、ドライバの直後の縦幅拡大部２２と、縦幅拡大部２２に続く縦幅維持部２４とで構成されており、縦幅維持部２４が拡大ホーン部２０に続いている。縦幅拡大部２２は、ドライバ１２の直後で縦幅が急拡大した部分である。縦幅維持部２４は、縦幅の急拡大が終わり、縦幅の変化が小さい部分である。本実施の形態では、縦幅維持部２４では縦幅が少しずつ拡大している。縦幅維持部２４は、縦幅微増部ということもできる。なお、縦幅拡大部２２と縦幅維持部２４の明瞭に区切られていなくてよく、適当に領域が移り変わればよい。縦幅維持部２４と拡大ホーン部２０の境界についても同様である。

図１には、扁平ホーン部１８のホーン断面形状が２点鎖線で示されている。図示のように、扁平ホーン部１８は、ホーン中心軸（正面軸）２６からの縦方向の距離に応じて横幅が変化する断面形状を有しており、これにより、ホーン内部の一部で断面が狭くなっている。より詳細には、図１において、中央領域２８は、ホーン中心軸２６の近傍の領域である。そして、外側領域３０は、中央領域２８の両側の領域であって、縦方向の両端に近い領域である。本実施の形態では、中央領域２８の横幅Ｗｃと比べて、外側領域３０の横幅Ｗｏが小さくなっている。これにより、外側領域３０に、断面縮小部３２が形成されている。断面縮小部３２では、ホーン１４が部分的に狭くなっている。

ホーンスピーカ装置１０は、上記のような断面形状を採用したことにより、平面波に近い波面を実現することができる。本実施の形態において、平面波という用語は、同一位相面が縦方向に平らであることを意味している。横方向の形は考慮されていない。この点で、正確には波面は平面でない。しかし、説明を分かりやすくするために、以下の説明では平面波または平面という用語を使っている。

図２を用いて、本実施の形態における平面波形成の原理を説明する。図２において、Ｌａは、ホーン中心軸に沿った音の経路であり、Ｌｂは、ホーン外縁に沿った音の経路である。また、点ａは経路Ｌａ上の点であり、点ｂは経路Ｌｂ上の点であり、そして、点ｃはドライバ直前の点である。また、ｖａ、ｖｂ、ｖｃは、それぞれ、点ａ、点ｂ、点ｃでの音の速度である。さらに、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、点ａ、点ｂ、点ｃの部分での音道の面積である。

まず、ベルヌーイの定理を考えると、空気等の圧縮性流体の流れにおいては、流速が断面積に反比例する。音は当然ながら圧縮性流体ではないので、ベルヌーイの定理が音に適用されるわけではない。しかしながら、音の伝達においても、音速が音道の断面積に反比例することが知られている。したがって、図２の場合には、音速ｖａ、ｖｂ、ｖｃは下記の関係を有する。
ｖａ＝ｖｃ×Ｓｃ／Ｓａ
ｖｂ＝ｖｃ×Ｓｃ／Ｓｂ
ｖｂ＝ｖａ×Ｓａ／Ｓｂ

さて、ホーンスピーカでは、外側の経路Ｌｂが中央の経路Ｌａとくらべてどうしても長くなる。したがって、外側の音速ｖｂが中央の音速ｖａと同じであれば、音の経路時間は外側と中央でずれてしまう。ここで、経路時間は、ドライバからホーン出口まで音が達するのに要する時間である。経路時間がずれると、音の位相がずれ、そして、波面が平面にならない。

しかしながら、本実施の形態では、図１に示されるように、中央の横幅Ｗｃよりも外側部分の横幅Ｗｏの方が小さくなっている。すなわち、中央の音道幅より外側の音道幅が狭くなっている。図２で考えると、中央の断面積Ｓａより外側の断面積Ｓｂが狭くなり、その結果、外側の音速ｖｂが中央の音速ｖａより大きくなる。これにより、経路Ｌｂと経路Ｌａの音の経路時間を揃えられる。経路時間が揃えば、ホーン出口の位相が揃い、そして、平面波が形成される。このようにして、本実施の形態では、外側部分の横幅を狭くしたことで、位相調整機能が実現されて、平面に近い音波面を形成することができる。

また、上記の位相調整機能は、下記のように説明されてもよい。ここでは、経路Ｌａの長さをＤａとし、経路時間をｔａとする。また、経路Ｌｂの長さをＤｂとし、経路時間をｔｂとする。経路時間は、前述したように、ドライバからホーン出口までの音の伝達に要する時間である。この場合、経路長Ｄａは、時間０〜ｔａの範囲での音速ｖａの積分である。そして、経路長Ｄｂは、時間０〜ｔｂの範囲での音速ｖｂの積分である。

ホーン出口の位相を揃えるには、経路時間が同じになればよい（ｔａ＝ｔｂ）。すなわち、同じ経路時間ｔ（＝ｔａ＝ｔｂ）にて、速度ｖａの積分がＤａになり、速度ｖｂの積分がＤｂになればよい。そのためには、経路長がＤａ＜Ｄｂなので、速度ｖａより速度ｖｂが大きい必要がある。そこで、本実施の形態では、経路Ｌｂの音道を狭めることで、速度ｖｂを速度ｖａより大きくしている。

ただし、速度ｖａ、ｖｂは関数であるから、ドライバからホーン出口まで常にｖａ＜ｖｂである必要はない。要は、ホーン出口までの速度の積分が上記のようになればよい。例えば、ｖｂは一部分でｖａより大きくてよい。このような観点で、経路時間が同じになるように、音道を縮小する場所と縮小量が設定されればよい。

また、本実施の形態のホーンスピーカ装置１０は、下記の点でも特徴的である。従来のホーンスピーカでは、ホーン中心軸に沿って縦幅が徐々に拡大していくのが普通である。しかしながら、本実施の形態では、図１に示したように、ドライバ直後で縦幅が急拡大している。その結果、ホーン形状は、縦方向に膨らんだ形状になっている。このような形状は、以下に説明するように、外側部の横幅の縮小に伴って採用されている。

図３は、ホーン断面積の適正な変化特性を示している。横軸がドライバからの距離であり、縦軸がホーン断面積である。ラインＬが、ホーン断面積の適正な変化特性を示しており、ラインＬは指数関数で表される。ラインＬは、ドライバからホーン出口に向かってホーン断面積を適当に滑らかに拡大するのに適当な曲線と言われている。従来通常のホーンスピーカでは、ホーン断面積がラインＬに沿って変化するように、ホーンの縦幅が徐々に拡大されていく。

しかし、本実施の形態では、音速を増大するために、外側領域の横幅が縮小されている。したがって、縦幅の変化が従来と同じであると、図３の点線で示されるように、断面積が部分的にラインＬより下になってしまう。

そこで、本実施の形態では、上述したように、ホーン形状が縦方向に膨らまされている。これにより、横幅を部分的に縮小したにも拘わらず、図２のラインＬになるべく近づけるようにホーン形状を適切に調整できる。

図４〜図７は、本実施の形態のホーンスピーカ装置１０をより詳細に示している。図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は平面図、図４（ｃ）は側面図（ホーン出口の図）である。図５は、曲面形状を線で表した正面図である。また、図６および図７は、それぞれ、図４（ａ）の線ＡＡ、線ＢＢでホーンを切断した断面図である。以下、ドライバからホーン出口へ辿りながらホーン形状を説明していく。

ドライバ１２の出口では、ホーン１４の断面形状は円形である。ドライバ１２から離れるにつれて、ホーン１４が縦方向に伸びていき、縦幅拡大部２２が形成されている。また、ホーン１４の横幅は、縦幅拡大部２２の途中までに少し縮小される。

図４において、点ｐは、縦幅拡大部２２の途中にある。点ｐでは、外側領域の横幅が縮小し始める。図６の断面図に示される通り、外側領域３０の横幅Ｗｏが、中央領域２８の横幅Ｗｃよりも小さくなる。これにより、ホーンが部分的に狭くなり、断面縮小部３２が形成されている。

縦幅拡大部２２が終わると、縦幅維持部２４が始まる。したがって、縦幅の急拡大が終わり、縦幅が少しずつ拡大するようになる。図７は、縦幅維持部２４でのホーン断面である。ここでも、外側領域３０の横幅Ｗｏが、中央領域２８の横幅Ｗｃよりも狭くなっており、外側領域３０に断面縮小部３２がある。このような断面形状が、ホーン先端に向かって続いている。この部分では、中央領域２８の横幅Ｗｃはほぼ一定であり、外側領域３０の横幅Ｗｏもほぼ一定である。

拡大ホーン部２０に近づくと、外側領域３０の横幅Ｗｏが少しずつ広くなる。そして、拡大ホーン部２０の開始点ｑ付近では、外側領域３０と中央領域２８とで横幅が同じになる。拡大ホーン部２０では、ホーン１４の横幅が急拡大する。

図５では、ホーンの曲面を表す線の間隔が、ホーン１４の中央領域２８と比べて、外側領域３０で狭くなっている。このことは、外側領域３０でホーン表面が屈曲し、横幅が狭くなっていることを表している。

図８（ａ）、図８（ｂ）は、スピーカホーン内の音波の位相特性を示している。図８（ａ）は、従来のスピーカホーンの位相特性であり、図８（ｂ）は、本実施の形態のスピーカホーンの位相特性である。図中のラインは、位相が同じ場所を示している。

図８（ａ）に示されるように、従来のスピーカホーンでは、中央部と外縁部で、ホーン出口の位相がずれてしまう。外縁部では、ホーン出口までの距離が長いためである。これに対して、本実施の形態では、外縁部の音速が増大している。その結果、図８（ｂ）に示されるように、位相のラインがホーン出口で中心軸に垂直であり、したがって、ホーン出口の位相が揃っている。これにより、平面波を生じることができる。

ところで、本実施の形態では、図６および図７に示されるように、中央部分と外側部分の間で横幅が比較的急に変化している。これに対して、横幅は、ホーン中央から外側に向かって連続的に小さくなってもよい。

また、本実施の形態では、扁平ホーンの長手方向が縦方向であった。縦方向は、地面に対する鉛直方向と一致していてよい。この場合、縦方向の指向性が、垂直方向の指向性になり、横方向の指向性が、水平方向の指向性になる。しかし、本発明の範囲内で、縦方向は、鉛直方向と一致しなくてもよい。すなわち、縦方向という用語によって、スピーカの設置の向きが限定されることはない。

また、本実施の形態のホーンスピーカ装置１０を実際に作るときは、ホーン形状の具体的寸法は実験により求められてよい。ホーン形状および他の仕様は、各種の要求を考慮して決められる。他の要求を考慮するために、最大限に平面波に近づけるホーン形状を採用できない場合もあり得る。それでも、上述のように外側の横幅を縮小することで、従来よりも平面波に近い音波面を形成することができる。このような実施例も、本発明のスピーカ装置の範囲に入る。

以上に本発明の実施の形態に係るホーンスピーカ装置１０について説明した。本実施の形態によれば、ホーン１４の中央領域２８と比べて外側領域３０の横幅が小さくなっているので、外側領域３０の音速が中央領域２８の音速よりも大きくなり、したがって、ホーン先端１６での位相差が低減し、縦方向の音波面を平面に近づけることができる。そして、平面に近い波面でもって拡声を行うことができる。

複数のホーンスピーカ装置１０をアレイ状に連結した場合でも、音の位相面が揃うことにより、自然に近く違和感の少ない音を作り出すことができる。

また、本実施の形態によれば、扁平ホーン部１８が、ドライバ１２の直後で縦幅が拡大する縦幅拡大部２２と、縦幅拡大部２２に続いて設けられ縦幅が維持された縦幅維持部２４とを備えている。これにより、ホーン中心軸に沿ったホーン断面積変化が適切になるようにホーン形状を設定することができる。

また、本実施の形態によれば、ホーン中心軸に沿ったホーン断面積変化特性を表す指数関数に基づいて外側領域３０での横幅の縮小に応じて縦方向に膨らまされたホーン形状が設けられている。これにより、ホーン中心軸に沿ったホーン断面積変化が適切になるようにホーン形状を設定することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施の形態を変形可能なことはもちろんである。

以上のように、本発明にかかるホーンスピーカ装置は、音の波面を平面を近づけることができるという効果を有し、コンサート用スピーカ等として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態におけるホーンスピーカ装置の正面図 （ｂ）本発明の実施の形態におけるホーンスピーカ装置の平面図 本実施の形態における平面波形成の原理を示す図 本実施の形態におけるホーン縦幅拡大の利点を示す図 （ａ）ホーンスピーカ装置の正面図 （ｂ）ホーンスピーカ装置の平面図 （ｃ）ホーンスピーカ装置の側面図 ホーンスピーカ装置の正面図 ホーンスピーカ装置の断面図 ホーンスピーカ装置の断面図 （ａ）従来のスピーカホーンの位相特性を示す図 （ｂ）本実施の形態のスピーカホーンの位相特性を示す図 従来のホーンスピーカの例を示す図 位相調整機能をもった従来のホーンスピーカの例を示す図

符号の説明

１０ ホーンスピーカ装置
１２ ドライバ
１４ ホーン
１６ ホーン先端１６
１８ 扁平ホーン部
２０ 拡大ホーン部
２２ 縦幅拡大部
２４ 縦幅維持部
２６ ホーン中心軸
２８ 中央領域
３０ 外側領域

Claims (3)

1. ドライバとホーンとを備え、前記ホーンは、前記ドライバとホーン先端との間に、縦幅が横幅より大きい扁平ホーン部を含み、前記扁平ホーン部は、ホーン中心軸からの縦方向の距離に応じて横幅が変化する断面形状を有し、ホーン中心軸近傍の中央領域の横幅と比べて、縦方向の両端に近い外側領域の横幅が小さくなっていることを特徴とするホーンスピーカ装置。
2. 前記扁平ホーン部は、前記ドライバの直後で縦幅が拡大する縦幅拡大部と、前記縦幅拡大部に続いて設けられ縦幅が維持された縦幅維持部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のホーンスピーカ装置。
3. ホーン中心軸に沿ったホーン断面積変化特性を表す指数関数に基づいて前記外側領域での横幅の縮小に応じて縦方向に膨らまされたホーン形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載のホーンスピーカ装置。

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