JP2011259378A - 透明音響壁体 - Google Patents

Abstract

【課題】 広い周波数帯域に亘って安定した利得で音を再生可能な透明音響壁体の提供。
【解決手段】 筐体に固定された第１透明壁体（７）と、第１透明壁（７）との間に密閉空間を隔てて対向し第１透明壁体（７）に対して相対的に振動し得るよう弾性支持された第２透明壁体（６）と、第２透明壁体（６）の主面を法線方向に振動せしめる高音域ボイスコイルユニット（３）と、密閉空間内の空気場を圧力変動させる中音域スピーカーユニット（４）と、を含み、中音域スピーカーユニット（４）による周波数特性の利得を減衰させる減衰周波数を高音域ボイスコイルユニット（３）による周波数特性の利得を減衰させる減衰周波数よりも低周波側に位置させるように調整するデジタルアンプユニットを有することを特徴とする透明音響壁体（１）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光を透過させる透明壁体であって音を発生させる透明音響壁体に関し、特に広い周波数帯域に亘って安定した利得で音を再生可能な透明音響壁体に関する。

パネルスピーカは、パネルをその法線方向に沿って振動させて指向性の強い平面波を空間に形成し、特定の聴取者のみに音を与え得る。また、パネルからの距離に関わらず音量を一定にできるといった特徴も有する。

このパネルの駆動方法において、パネルの背面にボイスコイルなどを含む励振器を取り付けてパネルを直接的に振動させて音を発生させるパネルスピーカが知られている。

例えば、特許文献１では、フラットパネルディスプレイなどの音声映像出力装置において、ディスプレイの保護扉であるパネルから音を発生させるパネルスピーカを開示している。保護扉は一般的に高い剛性を与えられるとともに、大きな縦横比を与えられる。これにより、「板鳴り」と称される強い共振現象が現れ、この共振周波数が可聴域の中低音域に対応するため、音質の劣化の原因となる。これに対して、励振器をパネルに複数装着するとともに、振動の際に形成される節の位置でパネルを支持する方法を開示している。

一方、他のパネルの駆動方法において、パネルの背面の空気場に圧力変動を与えてパネルを間接的に振動させて音を発生させるパネルスピーカが知られている。

例えば、特許文献２では、遊技機の構造物の前方に透明な振動板を設け、その背面の音響空間に圧力変動を与えて振動板を振動させ音を発生させる遊技機を開示している。構造物を前方から視覚的に認識させながら、同部分から音を放出するので、遊技者に対する音的演出をより効果的に与え得ると述べている。

特開２００５−２６９４２３号公報 特開２００４−０８９２２６号公報

光を透過させる透明壁体、例えば、硬質ガラスやアクリルパネルなどについて、これを上記したように直接的若しくは間接的に振動させると音を出す透明音響壁体を得ることが出来る。しかしながら、一般的に剛性の高い透明壁体の振動により発生される音は、その形状にも依存するが、高い周波数帯域の音に比較して、低い周波数帯域の音の利得効率が低く、利得も不安定である。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、広い周波数帯域に亘って安定した利得で音を再生可能な透明音響壁体を提供することである。

本発明による透明音響壁体は、筐体に固定された第１透明壁体と、前記第１透明壁との間に密閉空間を隔てて対向し前記第１透明壁体に対して相対的に振動し得るよう弾性支持された第２透明壁体と、前記第２透明壁体の主面を法線方向に振動せしめる高音域ボイスコイルユニットと、前記密閉空間内の空気場を圧力変動させる中音域スピーカーユニットと、を含み、前記中音域スピーカーユニットによる周波数特性の利得を減衰させる減衰周波数を前記高音域ボイスコイルユニットによる周波数特性の利得を減衰させる減衰周波数よりも低周波側に位置させるように調整するデジタルアンプユニットを有することを特徴とする。

かかる発明によれば、高音域及び中音域の周波数帯域におけるピークディップを補正して周波数特性をなだらかにフラットとした上で、中音域スピーカーユニットによって発生させる音の周波数特性の利得をなだらかでフラットな利得曲線から減衰させる減衰周波数を、高音域ボイスコイルユニットによって発生させる音の同様の減衰周波数よりも低周波数側に位置させるように調整配置することで広い周波数帯域に亘って安定した利得で音を再生可能となるのである。

上記した発明において、前記第１透明壁体及び第２透明壁体はガラス板からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、高い剛性を有しヤング率が大きく振動エネルギーの内部損失の少ないガラス板であっても、特に、高音域のピークディップを補正して周波数特性をフラットとした上で、中音域スピーカーユニットによって発生させる音の減衰周波数を、高音域ボイスコイルユニットによって発生させる音の減衰周波数よりも低周波側に位置させるように調整配置するので、広い周波数帯域に亘って安定した利得で音を再生可能となるのである。

上記した発明において、前記高音域ボイスコイルユニットは振動子を有し、前記振動子を前記第２透明壁体に固定されていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、振動子の振動を効率よく第２透明壁体に付与でき、より大きな音を得られるのである。

上記した発明において、前記密閉空間外の空気場を圧力変動させる低音域スピーカーユニットを更に含み、前記デジタルアンプユニットは、前記低音域スピーカーユニットによって発生させる音の減衰周波数のうち高音側の減衰周波数を前記中音域スピーカーユニットによって発生させる音の減衰周波数のうち低音側の減衰周波数より低周波側に位置させるように調整することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、更に低音域までの広い周波数帯域に亘って安定した利得で音を再生可能となるのである。

本発明による透明音響壁体の斜視図である。 本発明による透明音響壁体の要部の斜視図である。 本発明による透明音響壁体の要部の断面図である。 本発明による透明音響壁体の要部の断面図である。 本発明による透明音響壁体の背面図である。 図５の矢印Yの方向から見た図である。 本発明による透明音響壁体に用いられる制御部のブロック図である。 発生させる音波の周波数特性に関する図である。

本発明の１つの実施例としての透明音響壁体１について、図１乃至図８を用いてその詳細を説明する。

図１に示すように、透明音響壁体１はエンクロージャ２によって自立可能な壁体であって、後面に取り付けられたカバー３５内の高音域ボイスコイルユニット３及び中音域スピーカーユニット４、底部に取り付けられた低音域スピーカーユニット５、フレーム８に取り付けられた前面ガラス板６及び後面ガラス板７を含む。なお、以下において、図１の手前側を前方、その反対を後方と称することとする。

エンクロージャ２は、前面パネル部２１、その背面側にある平面ステージ部２２ａを含む背面パネル部２２、側面パネル部２３、脚部２４からなる一体又は分割可能な筐体である。背面パネル部２２は、エンクロージャ２の全高の約半分の高さの位置において略水平に拡がる平面ステージ部２２ａを有する階段状に成型されている。平面ステージ部２２ａの上には、一対の対向する前面ガラス板６及び後面ガラス板７を保持するフレーム８が載置・固定されている。この詳細については後述する。脚部２４は、前面パネル部２１及び背面パネル部２２の底面の四隅に設けられ、透明音響壁体１を自立可能としている。

前面ガラス板６及び後面ガラス板７は、共に略長方形の主面を有する平板状のガラス板である。前面ガラス板６及び後面ガラス板７は、互いにその上端及び左右端を揃えるよう前後方向に並んでいる。前面ガラス板６及び後面ガラス板７の表面には、必要な装飾（磨りガラス加工や模様の描画など）が施されていてもよい。

図２を参照すると、フレーム８は略長方形の組立式の枠体であり、上フレーム８１、右フレーム８２、左フレーム８３及び下フレーム８４を含む。下フレーム８４から所定距離だけ上方に離間した位置には、右フレーム８２及び左フレーム８３の間を繋ぐ中間フレーム８５が取り付けられている。さらに、フレーム８は、中間フレーム８５と下フレーム８４との間に渡される閉塞板８６を含む。

図３を更に併せて参照すると、上フレーム８１の内側には、突条８１ａ及び８１ｂが前方及び後方に離間しながら長手方向に沿って伸びて形成されている。突条８１ａ及び８１ｂの間には、前面ガラス板６が、その上先端部を上フレーム８１と接触させないようにして配置されている。また、前面ガラス板６の上端部近傍における後方面と突条８１ｂの前方面との間には、弾性接着剤６１が隙間なく充填されて互いを接着している。弾性接着剤６１は硬化後にゴム状の弾性を有する接着剤であり、これによって前面ガラス板６は上フレーム８１に対して振動可能に保持される。また、後面ガラス板７の上端部近傍と突条８１ｂの後方面の間には、接着剤７１が隙間なく充填されて互いを接着している。

同様に、図示しないが、右フレーム８２及び左フレーム８３においてもこの長手方向に沿って伸びる２本の突条を有する。前面ガラス板６の側端部は２本の突条の間に挿入・配置され、隙間なく充填された弾性接着剤によって互いを接着されている。これによって前面ガラス板６は右フレーム８２及び左フレーム８３に対して振動可能に保持される。また、後面ガラス板７の側端部近傍と突条の後方面の間には、接着剤が与えられて互いを接着している。

図４を参照すると、下フレーム８４は、その長手方向に沿って延び、フレーム８の内側に向けて開口する溝８４ｃを有する。溝８４ｃはフレーム８４の前方側に位置し、フレーム８１乃至８３の２本の突条の間に形成される溝と空間を連続させている。溝８４ｃには、前面ガラス板６の下先端部を下フレーム８４に接触させないように位置させて、前面ガラス板６が配置されている。溝８４ｃの内側面と前面ガラス板６の後方面との間には、弾性接着剤６１が隙間なく充填されて互いを接着している。これによって前面ガラス板６は下フレーム８４に対して振動可能に保持される。

中間フレーム８５は、その長手方向に沿って延び、フレーム８の内側に向けて突出する突条８５ｂを有する。突条８５ｂはフレーム８５の前方端に位置し、フレーム８１乃至８３の突条８１ｂ等に連続して縁取りを与えるよう形成されている。突条８５ｂの後方側の面には、後面ガラス板７の下端が互いの間に隙間なく充填された接着剤７１により接着されている。つまり、後面ガラス板７は、前面ガラス板６よりも上下方向の長さが短い。

以上により、前面ガラス板６は、その四辺を弾性接着剤６１によってフレーム８に接着され、フレーム８に対して振動可能に保持されている。また、後面ガラス板７は、その四辺を接着剤７１によってフレーム８に接着され、フレーム８に対して固定されている。つまり、前面ガラス板６と、後面ガラス板７及び閉塞板８６とによって挟まれた空間Ａは、フレーム８の周囲に対して密閉される。

図２及び図５を参照すると、中間フレーム８５と下フレーム８４との間の空間は、閉塞板８６によって閉塞されている。閉塞板８６の左右対象位置には、これを貫通する高音域ボイスコイルユニット用穴８７ａと、これを挟んでその左右に中音域スピーカーユニット用穴８７ｂが一列に並べて設けられている。

図４（ａ）を併せて参照すると、高音域ボイスコイルユニット３は、閉塞板８６の左右の３つの貫通穴の中央の高音域ボイスコイルユニット用穴８７ａに貫挿されて、これを閉塞するようにして固定されている。高音域ボイスコイルユニット３は、ダイナミック型スピーカと同様の原理で動作し、図示しない巻線を備える略円柱状の振動子３３をケース３１に収容された円筒状の永久磁石３２の軸線方向に沿って移動せしめて直線往復運動を与える。永久磁石３２から与えられる磁界と振動子３３の巻線に流れる電流により生じる磁場との相互作用によって振動子３３が振動するのである。振動子３３は、その前方端部をパッキン６３を間に介して前面ガラス板６の裏面に当接させ、その軸線方向を前面ガラス板６の裏面の法線方向と一致させるようにボルト６２で前面ガラス板６に固定されている。このとき、振動子３３の移動方向は前面ガラス板６の主面に対して略垂直である。なお、振動子３３は、前面ガラス板６に接着剤によって固定されてもよい。

高音域ボイスコイルユニット３は、後述するように、出力制御部１００（図７参照）に接続されて、高音域用の音声信号を与えられる。高音域ボイスコイルユニット３は、かかる信号に基づき、前面ガラス板６を直接的に振動させて、特に可聴域のなかでも高音域（例えば２ｋＨｚ程度以上）の音波を安定した利得で発生させ得る。

図４（ｂ）を併せて参照すると、中音域スピーカーユニット４は、閉塞板８６の左右に２箇所ずつ設けられた中音域ボイスコイルユニット用穴８７ｂに貫挿されて、これを閉塞するようにして固定されている。中音域スピーカーユニット４は、例えばダイナミック型スピーカであって、出力される音波を前面ガラス板６の裏面に与える。中音域スピーカーユニット４の裏面には、これを包囲するように、枠体４３がパッキン４４を介して閉塞板８６に密着するようにして固定されて音波が裏面から漏洩しないようになっている。

中音域スピーカーユニット４は、後述するように、出力制御部１００（図７参照）に接続され、中音域用の音声信号を与えられる。中音域スピーカーユニット４は、かかる信号に基づき、穴８７ｂを介して、密閉された空間Ａ内の空気に圧力変動を与える。これによって間接的に前面ガラス板６を振動させて、特に中音域（例えば、５００Ｈｚ程度以上）の音波を安定した利得で発生させ得る。中音域スピーカーユニット４は、上記したように左右に２箇所ずつ計４箇所に配置され、空間Ａ内の空気に十分な圧力変動を与える。

図５に示すように、平面ステージ部２２ａの上において、高音域ボイスコイルユニット３及び中音域スピーカーユニット４の後方を覆うようにカバー３５が閉塞板８６に取り付けられている。なお、高音域ボイスコイルユニット３及び中音域スピーカーユニット４を覆うカバー３５の上端部は、エンクロージャ２の上端（中間フレーム８５の上面）より下方に位置し、前方から見るとエンクロージャ２の前面パネル部２１に隠れる。

図６を併せて参照すると、エンクロージャ２の底面には、低音域スピーカーユニット５が取り付けられてエンクロージャ２の内部空間を閉塞している。低音域スピーカーユニット５の支持板５３には、その中央にサブウーハ５１、その左右に１対のパッシブラジエータ５２がそれぞれ下方（床面方向）を向くように固定されている。サブウーハ５１は、後述するように、出力制御部１００（図７参照）に接続され、低音域用の音声信号を与えられ、低音域（例えば２００Ｈｚ程度以下）の音波を安定した利得で発生させ得る。一方、パッシブラジエータ５２は、電気的な接続を有さず、サブウーハ５１によるエンクロージャ２の内部の圧力変動により振動することで低音域の音波を発生させ得る。

図７に示すように、エンクロージャ２の内部には、出力制御部１００が設けられている。出力制御部１００は、デジタルアンプ１０１及びコントローラ１０２を備え、透明音響壁体１の外部から電源の供給を受けて動作する。

デジタルアンプ１０１は、入力端子１０１ａに接続されるオーディオ機器等からの音声信号を高音域ボイスコイルユニット３、中音域スピーカーユニット４、及び、低音域スピーカーユニット５のそれぞれに対応した所定の周波数帯域毎にチャネル分けし、各チャネル毎に周波数特性を調整（補正）するイコライザ部１０１ｂ１乃至３を含む。かかるイコライザ機能は、コントローラ１０２によって制御し得る。また、各イコライザ部１０１ｂ１乃至３に対応して信号を増幅するパワー部１０１ｃ１乃至３を含む。

コントローラ１０２は、シミュレーションや実験等に基づいてチャネル毎の周波数帯域を更に細かい周波数帯域に分割し、この周波数帯域毎に補正すべき増幅率を記憶している。かかる増幅率は、透明音響壁体１の使用者によっても適宜調整され得る。

詳細には、図８に示すように、デジタルアンプ１０１の入力端子１０１ａに基準信号を入力したときの高音域ボイスコイルユニット３、中音域スピーカーユニット４、及び、低音域スピーカーユニット５のそれぞれ単独で動作させたときの音波の周波数特性図を２０３、２０４及び２０５に示す。つまり、各ユニット３乃至５の各周波数特性において、ピークディップを補正して、利得のなだらかでフラットな周波数帯域を少なくとも有するようにデジタルアンプ１０１のイコライザ部１０１ｂ１乃至３をコントローラ１０２によって調整せしめる。その一方、コントローラ１０２は、周波数特性図２０３、２０４及び２０５の利得のなだらかでフラットな領域から高周波側及び低周波側に利得を減衰させる減衰周波数を互いにずらして位置させるようにイコライザ部１０１ｂ１乃至３を制御する。具体的には、中音域スピーカーユニット４によって発生させる音波の周波数特性図２０４の低周波側の減衰周波数２０４Lを、高音域ボイスコイルユニット３によって発生させる音波の周波数特性図２０３の低周波側の減衰周波数２０３Lよりも低周波側に位置させる。また、低音域スピーカーユニット５によって発生させる音波の周波数特性図２０５の高周波側の減衰周波数２０５Hを、中音域スピーカーユニット４によって発生させる音波の周波数特性図２０４の低周波側の減衰周波数２０４Lより低周波側に位置させ、フラットな領域を分離させる。かかる場合、高音域ボイスコイルユニット３、中音域スピーカーユニット４、及び、低音域スピーカーユニット５を同時に動作させると、透明音響壁体１によって出力される音波の合成の再生特性は周波数特性図２０６に示すような広帯域に亘って安定した利得で音を得ることのできる周波数特性になるようになされている。

なお、透明音響壁体１の周囲の設置物の音の反射や、気温、湿度といった環境変化に合わせ、複数の補正すべき増幅率の組合せをコントローラ１０２に記憶させ、使用者に選択させるようになされていても良い。また、透明音響壁体１を図示しないマイクと組み合わせ、再生される音波をマイクで検出し、上記した複数の補正すべき増幅率の組合せの中から最適な組合せを自動選定し、又は使用者で選択できるようになっていてもよい。

ところで、本実施例のように２枚のガラス板で挟んだ密閉空間では内部の空気の圧力変動による共鳴現象が生ずるが、かかる周波数帯域の増幅率をイコライザ部１０１ｂ１乃至３で低く修正してもよい。また、高音域ボイスコイルユニット３、中音域スピーカーユニット４をそれぞれ左右に独立して有しているから、ステレオ再生も可能である。

次に、透明音響壁体１の動作について図７及び図８を用いて説明する。

透明音響壁体１は、間仕切りとして床面に立設される。また、音楽等の再生したい音声信号を出力するオーディオ機器などにデジタルアンプ１０１の入力端子１０１ａを接続する。

図７を参照すると、オーディオ機器などにより再生したい音声信号を出力させると、入力端子１０１ａからデジタルアンプ１０１に音声信号が入力される。イコライザ部１０１ｂ１乃至３は、この音声信号をコントローラ１０２に記憶されている周波数帯域毎の増幅率に従って増幅し、パワーを与えて、高音域ボイスコイルユニット３、中音域スピーカーユニット４及び低音域スピーカーユニット５に出力する。

高音域ボイスコイルユニット３は、高音域用の音声信号に従って、振動子３３を前面ガラス板６の主面の法線方向に沿って振動させ、前面ガラス板６に撓み振動を与える。前面ガラス板６のこのような振動は、その前方の空気場に粗密波である音波を発生させる。

中音域スピーカーユニット４は、中音域用の音声信号に従って、密閉された空間Ａ内の空気に圧力変動を与える。前面ガラス板６は、フレーム８によって弾性支持されているため、その法線に沿って前後に振動する。前面ガラス板６のこのような振動は、その前方の空気場に粗密波である音波を発生させる。特に平面波となるため、距離による減衰が小さいといった特徴がある。

低音域スピーカーユニット５は、低音域用の音声信号をサブウーハ５１に入力し、エンクロージャ２の底面から下側の空気に粗密波である音波を発生させる。また、エンクロージャ２の内部に圧力変動を発生させ、パッシブラジエータ５２を振動させる。パッシブラジエータ５２はエンクロージャ２の内部の圧力変動を吸収するため、サブウーハ５１は自らの発生させる圧力変動に阻害されることなく大きな振幅を得ることができる。

なお、前面ガラス板６には、高音域ボイスコイルユニット３及び中音域スピーカーユニット４からの異なる２つの振動が同時に与えられる。しかしながら、これらは互いに振動モードが異なるため、前面ガラス板６において互いに干渉しない。

以上のように、透明音響壁体１は、高音域及び中音域の周波数帯域におけるピークディップを補正して周波数特性をなだらかにフラットとした上で、互いの減衰周波数をずらして位置させるように調整配置することで広い周波数帯域の音を安定した利得で再生可能としたのである。

なお、コントローラ１０２の設定により、イコライザ部１０１ｂ１乃至３を調整せしめることで、透明音響壁体１をノイズキャンセラーとしても使用し得る。

ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した請求項の範囲を逸脱することなく種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるだろう。

１ 透明音響壁体
２ エンクロージャ
３ 高音域ボイスコイルユニット
４ 中音域スピーカーユニット
５ 低音域スピーカーユニット
６ 前面ガラス板
７ 後面ガラス板
８ フレーム
１０１ デジタルアンプ
１０２ コントローラ
Ａ 空間

Claims (4)

1. 筐体に固定された第１透明壁体と、
   前記第１透明壁との間に密閉空間を隔てて対向し前記第１透明壁体に対して相対的に振動し得るよう弾性支持された第２透明壁体と、
   前記第２透明壁体の主面を法線方向に振動せしめる高音域ボイスコイルユニットと、
   前記密閉空間内の空気場を圧力変動させる中音域スピーカーユニットと、を含み、前記中音域スピーカーユニットによる周波数特性の利得を減衰させる減衰周波数を前記高音域ボイスコイルユニットによる周波数特性の利得を減衰させる減衰周波数よりも低周波側に位置させるように調整するデジタルアンプユニットを有することを特徴とする透明音響壁体。
2. 前記第１透明壁体及び第２透明壁体はガラス板からなることを特徴とする請求項１記載の透明音響壁体。
3. 前記高音域ボイスコイルユニットは振動子を有し、前記振動子を前記第２透明壁体に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の透明音響壁体。
4. 前記密閉空間外の空気場を圧力変動させる低音域スピーカーユニットを更に含み、前記デジタルアンプユニットは、前記低音域スピーカーユニットによる周波数特性の高周波数側の利得を減衰させる減衰周波数を前記中音域スピーカーユニットによる周波数特性の低周波数側の利得を減衰させる減衰周波数よりも低周波側に位置させるように調整することを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載の透明音響壁体。

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