JP2006520568A

JP2006520568A - 屈曲波スピーカ

Info

Publication number: JP2006520568A
Application number: JP2006506648A
Authority: JP
Inventors: ディヴィドエムイーコリネン
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2006-09-07
Also published as: US20060153406A1; CN1894998A; WO2004080118B1; EP1604542A1; WO2004080118A1

Abstract

スピーカは、２つの実質的に平行な主表面（５Ａ、５Ｂ）を持つ音響パネル（１）を有し、前記主表面の一方の上に配設される電気エキサイタ（３）を有する。前記パネルは、前記エキサイタの通電開始時に、少なくともその後に、該パネルにおいて屈曲波が生成される結果として、音響放射を生成する。前記スピーカのエネルギレスポンスを改善するために、前記パネルは、前記エキサイタの向かい側に延在するチューニング領域（２１）を持ち、前記チューニング領域は、同じ条件下で決定されれば前記パネルの残部におけるどの同様な領域の基本共振周波数よりも低い基本共振周波数を持つ。

Description

本発明は、２つの主表面を持つ音響パネルを有し、前記主平面のうちの一方の上に配設される電気エキサイタ(electrical exciter)を有するスピーカであって、前記パネルが、前記エキサイタの通電開始時に、少なくともその後に、該パネルにおいて屈曲波が生成される結果として、音響放射を生成するスピーカに関する。

ＰＣＴ特許出願公開第WO 99/67974号は、２つのスキンから形成されるわずかに湾曲したダイアフラム又は異方性の平面と、これらのスキンの間に延在する構造物とを持つスピーカを開示している。前記ダイアフラムは、横方向の曲げ強さより強い長手方向の曲げ強さを持つ。あり得る変形例として、スキンの間に延在する壁部を持つポリプロピレン共重合体の押し出し成形されたダイアフラムについて言及されている。ダイアフラムは１つ以上のエキサイタを担持する。

ＰＣＴ特許出願公開第WO97/09842号は、パネル形状のスピーカであって、剛性のセルラ・コアのサンドイッチのような構造、詳細にはハチの巣構造を有するパネルを持ち、２つのスキンが、前記コアを囲み、該コアに接着されるパネル形状のスピーカを開示している。コアの材料としては、軽金属及び合成材料が挙げられている。前記スピーカは、パネルに対して、該パネルにおいて屈曲波が所与の周波数において生成されるような位置に配設される１つ以上のエキサイタを更に持つ。このことは、より多くの振動活動を持つ領域と、より少ない振動活動を持つ領域との不規則なパターンをもたらし、これは、本特許文献が関連する、一般にフラットパネルスピーカと呼ばれるタイプのスピーカの特徴である。

既知のパネル形状のスピーカは、該スピーカの音響性能は鼻音成分(nasal component)を持つという問題を欠点として持つ。測定の結果、既知のパネル形状のスピーカの出力レスポンスは、約2kHzと約8kHzとの間の中間周波数領域においてピークを示すことが判明した。

本発明の目的は、使用中ニュートラルな音を生成する冒頭の段落に規定されているタイプのパネル形状のスピーカを提供することにある。

この目的は、パネルが、少なくとも部分的にエキサイタの向かい側に延在するチューニング領域を持ち、前記チューニング領域が、同じ条件下で決定されれば前記パネルの残部におけるどの同様な領域の基本共振周波数よりも低い基本共振周波数を持つことを特徴とする本発明によるスピーカで達成される。このような決定は、測定又は計算であってもよい。リスニングテストの結果、施された方策が再生音の実質的な改善をもたらすことが判明した。測定は、前記施された方策が、実質的にフラットなエネルギレスポンスを得る可能性を供給することを示した。これは、バランスのとれたエネルギレスポンスはより良好な音響性能を与えるという事実のため、好ましい。

周縁において支持される円形膜領域の基本共振周波数f₀は、rが関連領域の（m単位の）半径であり、Bが該領域における材料の（Nm単位の）曲げ剛性であり、μが該領域の表面密度（Kg/m²単位）である式

によって与えられる。従って、前記膜領域の基本共振周波数をチューニングするのに用いられ得るパラメータは、曲げ剛性（B）、表面密度（μ）及び半径（r）である。出力低減効率は、前記関連領域の前記半径に比例する。

実験的に、前記チューニング領域、即ち、前記エキサイタと向かい合わせに位置するパネル領域の前記基本共振周波数が1.5kHzより低い場合に最良の結果に達せられると思われる。それ故、

となるようにB、μ及びrを選ぶのが好ましい。

実施例においては、前記パネルは、前記エキサイタの向かい側に配置されるカットオフ(cut-off)又は開口部を具備し、各々、前記カットオフ及び開口部を覆う膜部を持つ膜を含み、ここで、前記チューニング領域は、前記膜部によって形成される。前記膜部は、ホイルの形態で、前記カットオフ又は開口部の中又は上に延在することができ、ここで、前記膜は、前記パネルの一体部分であってもよく、又は例えば接着剤によって、前記パネルの一部に付着されてもよい。一般に、前記カットオフ又は開口部は円筒形状を持ち、前記膜部は円盤状であろう。

前記膜部用の適当な材料は、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート又はガラス繊維（強化）エポキシ樹脂といった特定の熱可塑性物質である。適当な接着剤は、例えばアクリル系接着剤であり、このような接着剤はテープの形態で付されるかもしれない。

前記チューニング領域にチューニング開口部が設けられる場合、本発明によるスピーカによって第３高調波歪みの低減が達成されることが出来ると思われる。上記の実施例の場合には、これは、前記膜部が前記エキサイタの向かい側に相対的に小さな開口部を具備することを意味する。他の例においては、又は前記チューニング開口部に加えて、フェルト又は同様の材料の層が前記チューニング領域に設けられ得る。

前記実施例の場合には、前記パネルは、好ましくは、壁部間に延在する平行ストリップ状隔壁の構造物によって互いと接続され、該パネルの主表面を形成する２つの壁部を有し、ここで、前記壁部及び前記隔壁は、前記パネルにおいて用いられる場合に臨界減衰を持つ材料で作成され、前記臨界減衰は、前記パネルにおいて用いられる当該材料の臨界減衰の少なくとも2.5%である。機械的には、このようなパネルは異方性であり、ここで、前記パネルは、前記隔壁と平行に延在する軸のまわりには相対的に容易に曲げられることができ、前記隔壁と直角に向けられた軸のまわりには相対的に曲げがたい。このようなパネルを備えるスピーカそれ自体はＰＣＴ特許出願公開第WO01/18132号から既知である（これにより参照により盛り込まれる）。このようなスピーカは、既に数年前から市場で売られており、当業者にとっては既知であると考えられる。前記パネルの前記隔壁及び前記壁部のための適当な材料は、ポリプロピレン、好ましくは、ポリプロピレンの共重合体である。

ＰＣＴ特許出願公開第WO 01/18132 A2号から既知のスピーカは、幅広い範囲の周波数において、良好な音響動作を持つが、試験の結果、請求項３に規定されているような膜が設けられる場合に、前記パネルは、本質的に改善された音響動作、即ち、規則正しい音響エネルギレスポンスを持つことが判明した。

本発明によるスピーカは、ハイファイオーディオシステム、家庭用オーディオシステム、自動車用オーディオシステム及びマルチメディアオーディオシステムにおける音響再生に適していることに注意されたい。本発明はまた、明らかに本発明によるスピーカにおける使用を目的としているパネルにも関する。

特許請求の範囲に関しては、特許請求の範囲において規定されている特有の特徴の様々な組合せがありうることに注意されたい。

一例として図面を参照して以下に本発明をより詳細に記載する。

図１に示されている本発明によるパネル形状のスピーカの実施例は、この例においてはフラットパネルであるパネル１と、パネル１を駆動するためのエキサイタ３とを持つ。パネル１は、２つの主壁部７Ａ及び７Ｂによって形成される２つの主表面５Ａ及び５Ｂを持つ。中間構造物(intermediate structure)９は、主壁部７Ａ及び７Ｂの間に延在し、これらの壁部を互いと接続する。この実施例においては、構造物９は、上記のＰＣＴ特許出願公開第 WO 01/18132号において開示されているように配設及び構成される平行ストリップ状隔壁を含む。壁部７Ａ及び７Ｂ並びに構造物９は、ポリプロピレン共重合体を押し出し成形することによって製造される１つの製品を形成する。この例においては、パネル１は、約1.5mmの全厚を持ち、利用されるポリプロピレン共重合体は、2.9%の内部減衰(internal damping)を持つ。他のパネル及び構造物も本発明の範囲内でありうる。

図１に示されているスピーカは、ゴムのような材料又は軟質ゴムなどの柔らかい材料から成る可撓性ストリップ素子１３などの適当な接続手段によってパネル１が取り付けられるフレーム１１を更に持つ。パネル１の輪郭部(outline)に設置されるストリップ素子１３は、パネル１の壁部に接着される或る面を持ち、フレーム１１のフレーム部に接着される別の面を持つ。

エキサイタ３は、主表面５Ａに隣接して配置され、本例においては、前記エキサイタ３は、パネル１の壁部７Ａに取り付けられる巻型(coil former)１５上のエキサイタコイル３ａと、エアギャップを介して巻型１５と協働する磁気ユニット３ｂとを含む電磁エキサイタシステムを具備する。磁気ユニット３ｂは、永久磁石及び磁気ヨークを有し、弾性懸架手段１７によって巻型１５から懸架される。基本的に、前記エキサイタシステムは、既知のシステム、例えば、上記のＰＣＴ特許出願公開第WO 01/18132号において開示されているようなエキサイタシステムであってもよい。

図１に示されているスピーカは、パネル１が、測定が同じ状況下で行なわれるという条件の下ではパネル中の他の場所のどの同様な領域の基本共振周波数よりも低い基本共振周波数を持つチューニング領域２１を持つという特有の特徴を持つ。

このような測定は、図１２に概略的に図示されているような装置で行なわれ得る。この装置は、固定部１０２ａと、ボイスコイル１０４ａを備える中空可動部１０４とを有する。両方の部分１０２及び１０４は、スパイダなどの可撓手段１０６によって互いと可撓式に接続される。ボイスコイル１０４ａに通電することによって前記装置の電気インピーダンスが測定され得る。電気インピーダンスは、検査されるべき膜部１２３ａの周縁部(circumferential edge)１２３ｂを可動部１０４に取り付けた後に、再び測定され得る。膜部１２３ａの機械インピーダンス、従って、基本共振周波数は、それ自体は既知なやり方で、両方の測定値の間の差から導き出され得る。

別の方法として、膜部の基本共振周波数は計算され得る。一例として、輪郭部において支持される円形膜部のための計算条件を示す。

又は

ここで、

且つ

Ｅ：N/m² (Pa)単位のヤング率
Ｂ：Nm単位の曲げ剛性
ρ：kg/m³単位の体積密度
μ：kg/m²単位の表面密度
ｔ：m単位の厚さ
ｒ：m単位の有効膜半径
ｖ：ポアソン比（〜0,3）

本実施例においては、チューニング領域２１は、接着剤によってパネル１の主壁部７Ｂに取り付けられる膜２３の一部である膜部２３ａによって形成される。膜部２３ａは、パネル１内に設けられるカットオフ２５を覆い、エキサイタ３の向かい側に配置される。このようにして、チューニング領域２１は、エキサイタ３の向かい側に延在する。膜２３、従って、膜部２３ａも、ポリ塩化ビニルのシートによって形成される。チューニング領域２１の基本共振は、この場合に89Hzであり、それ故、

である。エキサイタコイル３ａを励磁すると、音響出力を生成するよう共振を引き起こすためにパネル１に屈曲波が放たれる。

図２のグラフ図は、図１に図示されている実施例、即ち、89Hzの基本共振を持つ、ポリ塩化ビニルのシートによって形成されたチューニング領域を備えるスピーカと、ＰＣＴ特許出願公開第WO 01/18132号に開示されている種類のスピーカ、即ち、チューニング領域のないスピーカとにおいて、様々な周波数において行なわれた音響出力測定の結果を示している。既知のスピーカのパネルはチューニング領域を持たないことを除けば、両方のパネルは同じであり、即ち、それらは、同じ寸法及び同じ構造を持ち、同じパネル材料で作成されている。本発明によるスピーカのチューニング領域に対応する既知のパネルの仮想領域の基本共振周波数は4465Hzである。この図においては、dB/W単位の音響出力が垂直軸に沿ってプロットされており、kHz単位の周波数が水平軸に沿ってプロットされている。曲線Ａは、本発明によるスピーカにおいて行なわれた測定を表わしており、（破線の）曲線Ｂは、既知のスピーカにおいて行なわれた測定を表わしている。図２は、曲線Ａが、2kHzと8kHzとの間の周波数領域において、曲線Ｂよりかなり規則正しい形状をしていることをはっきり示している。曲線Ｂにおいては約2.5kHz及び6kHzの周波数において存在する出力ピークが曲線Ａにはない。このような出力ピークがないため、前記スピーカによって生成される音はニュートラルな性質のものである。

図３のグラフ図は、ポリエチレンテレフタレートのシートによって形成されたチューニング領域を具備する本発明によるスピーカの実施例において、様々な周波数において行なわれた音響出力測定の結果に基づく曲線Ｃを図示している。このチューニング領域は、584Hzの基本共振周波数を持つ。図２と同様に、音響出力が垂直軸に沿ってプロットされており、周波数が水平軸に沿ってプロットされている。図３も、図２に示されている曲線Ａを図示しているが、ここでは、破線で図示している。

膜、従って、膜部が異なる材料で作成されていることを除けば、両実施例のパネルは同一である。曲線Ａと曲線Ｃとの間でなされる比較は、それらの形状が事実上同じであることを示している。これは、音響性能においてほとんど如何なる違いもないということ、即ち、本発明によるスピーカの両実施例は、自然に聞こえる出力を生成することが出来るということを意味する。

以下には、本発明によるスピーカの幾つかの実施例が図４乃至９を参照して記載されている。図１に示されている実施例の対応素子と類似している構成素子には、図１の実施例の記載に用いられているのと同じ参照符号が付されるであろう。

図４に図示されている実施例は、パネル１と、パネル１の主壁部７Ａに取り付けられるエキサイタ３とを有する。パネル１には、エキサイタ３の向かい側に配置される円筒状のカットオフ２５が設けられ、膜２３がこのカットオフ２５を覆う。膜２５は、パネル１に封着(seal)され、円盤状の膜部２３ａを含み、前記円盤状の膜部２３ａは、パネル１の残部におけるどの同様な領域の基本共振周波数よりも低い基本共振周波数を持ち、従って、チューニング領域２１を形成する。膜部２３ａ内に開口、詳細には中央開口の形態のチューニング開口部２７があることを除けば、図５に示されている別の実施例は、図４に図示されている実施例と同一である。この実施例はまた、図１３において斜視図で示されている。図１３に示すように、パネル１は、２つの主壁部７Ａ及び７Ｂと、主壁部の間に延在し、主壁部を接続する中間構造物９とを持つ。構造物９は、平行ストリップ状隔壁９ａを有する。

図６に図示されている実施例は、パネル１と、パネル１の主壁部７Ａに取り付けられるエキサイタ３とを有し、パネル１には、エキサイタ３の向かい側に配置される開口部２５が設けられている。開口部２５を覆う膜２３は、エキサイタ３の向かい側に配置される膜部２３ａを持つ。膜２３は、接着性担体(adhesive carrier)２９上に設けられ、該接着性担体２９によってパネル１に付着される。膜部２３ａは、該膜部２３ａの基本共振周波数が請求項１に規定されているような要件に適合するよう十分に低いというような性質のものである。図７に示されている別の実施例は、図６の実施例に似ているが、膜部２３ａ内に開口の形態のチューニング開口部２７を具備する。

図８及び９に図示されている実施例は、各々、図６及び７の実施例に似ているが、ここでは、膜２３は、フェルトのような材料の層３１で被覆される。

図４乃至９に示されているスピーカの言及されていない部分は、図１の実施例における対応部分の構造に似ている構造を持ち得る。

図１０のグラフ図は、図４のスピーカにおいて用いられるパネルにおいて行なわれた音圧レベル測定の結果を示している。パネルのチューニング領域は、200Hzの基本共振周波数を持つ。

この図においては、dB/W/m単位の音圧レベル(SPL)が垂直軸に沿ってプロットされており、kHz単位の周波数が水平軸に沿ってプロットされている。この図は、各々、基本波、第２高調波及び第３高調波に関する３つの曲線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を含む。測定は、1Wの電力がスピーカに供給されている状態でパネルから1m離れたところで行なわれた(P_ref = 20μPa)。

同じ測定が図５の実施例のパネルにおいて行なわれた。これらの測定の結果は、図１１に図示されているグラフ図において示されている。図１０と同様に、音圧レベルは垂直軸に沿ってプロットされており、周波数は水平軸に沿ってプロットされている。この図は、ここでは、各々、参照符号Ｔ１、Ｔ２及びＴ３が付されているが、図１０における曲線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３に対応する３つの曲線を含む。曲線Ｃ１乃至Ｃ３と、曲線Ｔ１乃至Ｔ３との間でなされる比較は、チューニング開口部の存在が、第３高調波歪みを低減させ、斯くして、本発明によるスピーカの品質を更に改善することを示している。

本発明は、示されている実施例に限定されないことに注意されたい。例えば、本発明の範囲内で、とりわけ、パネル及び膜の寸法、構造及び材料に関して、幾つかの変形例がありうる。更に、電磁エキサイタの代わりに、圧電型などの様々なタイプのエキサイタが用いられてもよい。

本発明によるパネル形状のスピーカの第１実施例を断面図で概略的に示す。図１のスピーカにおいて利用されるパネルの実施例及び既知のパネルにおいて行なわれた音響出力測定の結果の第１グラフ図を示す。本発明によるスピーカのパネルの２つの異なる実施例において行なわれた音響出力測定の結果の第２グラフ図を示す。本発明によるスピーカの実施例を断面図で概略的に示す。本発明によるスピーカの実施例を断面図で概略的に示す。本発明によるスピーカの実施例を断面図で概略的に示す。本発明によるスピーカの実施例を断面図で概略的に示す。本発明によるスピーカの実施例を断面図で概略的に示す。本発明によるスピーカの実施例を断面図で概略的に示す。図４のスピーカにおいて用いられるパネルにおいて行なわれた音圧レベル測定の結果の第３グラフ図を示す。図５のスピーカにおいて用いられるパネルにおいて行なわれた音圧レベル測定の結果の第４グラフ図を示す。試験装置を概略的に示す。平行ストリップ状隔壁の構造物を具備するパネルを概略的に示す。

Claims

２つの実質的に平行な主表面を持つ音響パネルを有し、前記主表面の一方の上に配設される電気エキサイタを有するスピーカであり、前記パネルが、前記エキサイタの通電開始時に、少なくともその後に、屈曲波が該パネルにおいて生成される結果として、音響放射を生成するスピーカであって、前記パネルが、前記エキサイタの向かい側に延在するチューニング領域を持ち、前記チューニング領域が、同じ条件下で決定されれば前記パネルの残部におけるどの同様な領域の基本共振周波数よりも低い基本共振周波数を持ち、前記パネルが、前記エキサイタの向かい側に配置されるカットオフを具備し、該カットオフを覆う膜部を持つ膜を含み、前記チューニング領域が前記膜部によって形成され、前記チューニング領域がチューニング開口部を具備するスピーカ。
前記チューニング領域の前記基本共振周波数が1500Hzより低いことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ。
前記チューニング領域がフェルトのような材料の層を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ。
前記パネルが、壁部間に延在する平行ストリップ状隔壁の中間構造物によって互いと接続され、前記主表面を形成する２つの壁部を持ち、前記壁部及び前記隔壁が、前記パネルにおいて用いられると内部減衰を持つ材料で作成され、前記内部減衰が、前記パネルにおいて用いられる当該材料の臨界減衰の少なくとも2.5%であることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ。
請求項１乃至４のいずれか一項に開示されている前記パネルの特徴を示すパネルであって、従って、明らかに、請求項１乃至４のいずれか一項に記載されているような前記スピーカにおける使用を目的とし、構成されているパネル。