JP2021100245A - ラウドスピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】ダクトとメタマテリアル吸収体との界面における反射を抑える構造を有するラウドスピーカを提供する。【解決手段】ラウドスピーカの構成３２０は、使用中に振動してラウドスピーカから離れる前方向にその前面から及び後方向にその背面から音波を放射するように駆動される音響ダイヤフラム３１０と、ダイヤフラムの後方又は前方／外側に配置された駆動装置３２６と、ダイヤフラムから離れる後方向に通じる少なくとも１つの開放ダクト３２４と、を有する。少なくとも１つの開放ダクトは、後方向に減少する断面積を有し、ダイヤフラムの背面から放射された音波は、開放ダクトを通過してから、概ね駆動装置の後ろ、かつ、ダクトのすぐ後ろに位置するメタマテリアル３２８の前面３３０に接触する。【選択図】図３

Description

本発明はラウドスピーカに関する。

可動コイルラウドスピーカ駆動装置の構造及び動作はよく知られている。振動ダイヤフラムがボイスコイルとして知られるワイヤのコイルに取り付けられ、ボイスコイルは１つ以上の永久磁石によって通常提供される磁場内に置かれる（ボイスコイルと磁石を合わせて、モータ又は駆動装置と呼ばれる）。ボイスコイルに交流電流を流すと、ボイスコイルに力が加わり、ボイスコイルが往復運動し、ダイヤフラムが振動して音波が放射される。音波はダイヤフラムの両側から放射され、ダイヤフラムの前から放射される音は聴取者に向けられるが、ダイヤフラムの後ろから放射される音は、使用者が知覚する音質に悪影響を与えないように注意深く処理する必要がある。多くの場合、ラウドスピーカには、ダイヤフラムの前面が突き出ている筐体が設けられているため、背面放射音は筐体の内部で吸収される。約２００Ｈｚから２０ｋＨｚまでの中音域及び高周波オーディオ領域で動作するラウドスピーカドライバの場合、考えられる最善のシナリオは、背面放射音が完全に妨げられることなく筐体内に伝わり、反射なしに完全に吸収されることである。この最適な状況は可能な範囲での最高の音質につながり、ドライバは筐体からの影響を受けずに自由に動作することができる。

この理想を実現しようとする一般的なアプローチは、モータシステムの中を又はその周りを通る、ダイヤフラムのすぐ後ろに開放ダクトを設けて、背面音がラウドスピーカのダイヤフラムから離れるように伝わることを可能にすることである（例えば特許文献１に示されるように）。図１ａは、このアプローチを用いた、この場合はダイヤフラム１０（この場合は２５．４ｍｍの直径を有する）の後ろから離れるようにモータ又は駆動装置の中を通る大きな通気管又はダクト４ａを有する同軸ドライバによる従来技術の高周波ツイータ２ａの断面図を示す。ダクト４ａの断面積は、背面音が妨げられることなく伝わるようにできるだけ大きくする必要がある（ダイヤフラム１０の前面から放射された音は、矢印Ａで示すように、ツイータ２ａ、ダクト４ａ、駆動装置６ａ及びダイヤフラム１０の後前軸ＸＸに平行な聴取者の方向に伝わる）。背面音を吸収し、反射を最小限に抑えるために、ダクト４ａ全体は、詰め物又は高密度ポリウレタンフォームなどの音響吸収性材料８で満たされている。この単純なアプローチは、比較的大きな体積の後部筐体を可能にするという利点があり、これは低周波でダイヤフラム１０の後ろの圧力を下げるのに役立つが、後方反射の減衰にはかなり不十分であり、図１ａの例は２ｋＨｚで背面音の約４０％を反射する。

特許文献２には、軽量で多孔質の詰め物材料で満たされた急激に先細りするダクトを用いて上記の理想を実現しようとするラウドスピーカが記載されている。このような中音域及び高周波ラウドスピーカの筐体は、現在、高品質のラウドスピーカに広く使われている。しかしながら、広い帯域幅にわたって低反射を実現するためには、先細りしたダクトを長くする必要がある。加えて、ダクト内の空気の体積は図１ａの単純な構成よりも小さく、これは低周波数でより高い後方圧力をもたらし、ダイヤフラムの自由な動きを妨げる。図１ｂは、駆動装置６ｂを通って後部筐体に通じる長さ１２０ｍｍの急激に先細りするダクト４ｂを用いた、（直径２５．４ｍｍのダイヤフラム１０を有し、再び後前軸ＸＸを有する）別の同軸ドライバによるこのような公知の高周波ドライバ２ｂの断面を示す。使用中、このダクト４ｂは先と同様にポリエステル繊維などの多孔質の吸収性材料８で満たされる。このような設計は、２ｋＨｚでの背面放射音の約３０％、すなわち−１０ｄＢを反射するので、音響的には図１ａの設計よりも改善されているが、図１ａの設計よりも（特にＸＸ軸に沿った深さが）はるかに大きい。

米国特許第５５４８６５７号明細書 米国特許第２２９３１８１号明細書 米国特許出願公開第２０１４／００２７２０１号明細書 国際公開第２０１８／０４７１５３号

小さい全体のサイズを維持しながら、背面放射音のかなりの部分を反射するのではなく吸収するラウドスピーカを提供する継続的な必要性がある。

本発明は、吸収材料として音響メタマテリアルを使用すること、及び、小さな全体的な体積で背面放射音の反射を低減するように特別に調整された設計にこのような材料を組み込むことを前提としている。メタマテリアルは、自然界に物質には見られない特性を有するように設計された材料であり、本発明において、音響メタマテリアルは、従来の減衰材料と比較して優れた減衰特性又は振動音響特性を有する人工材料である。これらの改善された特性は、従来の吸収体よりも大幅に及び／又はより多様な又は広範囲の周波数にわたって音又は圧力を減衰又は吸収することを含み、これらの改善された特性は、その材料組成ではなくメタマテリアルの構造によるものが多い。このような構造メタマテリアルは、金属又はプラスチックなどの複合材料から作られた複数の要素の集合体から作られている。材料は多くの場合、繰り返しパターンで配置され、それらが影響を与える現象の波長、本発明では、約２０Ｈｚから２０ｋＨｚの間の通常の可聴周波数範囲にわたる音響波長よりも小さいスケールである。音響メタマテリアルの要素の正確な形状、形状、サイズ、向き、及び配置は、それらに、音波を遮断、吸収、強化するか又は曲げることによって音波を操作することができる高性能な特性を与える。構造音響メタマテリアルは、例えば、特許文献３及び特許文献４から知られている。メタマテリアル吸収体は、テーパ管などの従来の吸収体と同等のサイズではるかに高い吸収作用を提供する。例えば、特許文献４で概説されているデバイスは、約１１ｃｍの長さを有し、２ｋＨｚでの入射音の約２％しか反射しない。他の非構造メタマテリアルは、それぞれが調整された質量、剛性及び機械的抵抗を有する複数のＭＥＭｓ（微小電気機械システム）ダイヤフラムなどの複数の能動部品及び／又は機械部品を構成し、このような非構造メタマテリアルは、特定のインピーダンスの音響吸収作用を提供する。本発明は、構造メタマテリアルに限定されるものではなく、あらゆる種類のメタマテリアルを用いて実施することができる。

メタマテリアル吸収体は一般に、様々な異なる長さ、形状、向き及び／又は断面積を有する複数の狭い音響チャネルで構成される。メタマテリアルの吸収性表面は、本明細書で言及するように、ダクト又はチャネルを形成する密な間隔で配置された壁によって形成される。これらのチャネルは通常、空気の粘性効果が音響エネルギーを散逸させるのに十分に幅が狭い。多くの場合（特許文献４のように）、これらのチャネルは折りたたまれてコンパクトな全体構造を形成する。ほとんどの場合、音響散逸の大部分はこれらの狭いチャネル内の空気粘性に起因するため、最適な結果を得るにはチャネルが極めて狭いことが重要である。このような構成の製造は複雑である。加えて、メタマテリアルを通るチャネルを形成する構造壁は体積を占め、いくつかの構成では、これにより吸収体の有効性が低下する可能性がある。既存の設計を改良するための直接的なアプローチは、メタマテリアルをダイヤフラムのすぐ後ろに配置することにより（例えば、図１ａ及び図１ｂに示される材料８をメタマテリアルの同じ物理的配置に置き換えるように）、メタマテリアルをラウドスピーカに組み込むことであろう。このアプローチの利点は、筐体の音響挙動が、ほぼ完全にメタマテリアルによって決定され得ることである。しかしながら、図１ａ及び図１ｂから理解できるように、ダイヤフラム１０のすぐ後ろの空間は、駆動装置６ａ、６ｂの設計によって決定されるダクト４ａ、４ｂの寸法によって制限される。これにより、メタマテリアルの最小壁厚に関する実際的制限が原因で、メタマテリアルの設計及び製造がはるかに困難になる。特に、メタマテリアルの構造壁は体積を占め、ひいてはダクト４ａ、４ｂの断面積の割合を占めるため、これによりメタマテリアルが背面放射音に提供する有効開口面積が大幅に制限され、その結果、背面音波の経路が著しく妨げられる。この問題は、粘性損失を増加させるために非常に狭いメタマテリアルチャネルが使用される場合、特に深刻である。なぜなら、チャネルが多いほど、より多くの壁が必要になり、それが後方につながるダクトの断面積のより大きな割合を占めるからである。上述の例では、メタマテリアルは、開放ダクトの後方−前方の伝搬軸に主に平行に配置された狭いチャネルを有するように配置されるという仮定があり、狭いチャネルがこの軸方向から大きくずれるための十分なスペースがダクト内にはない。

したがって、本発明は、前面及び背面を有する音響ダイヤフラムであって、使用中に振動してラウドスピーカから離れる前方向にその前面から及び後方向にその背面から音波を放射するように駆動される音響ダイヤフラムと、駆動装置と、ダイヤフラムから離れる後方向に駆動装置を貫通しかつその後端に開口部を有する少なくとも１つの開放ダクトとを含み、少なくとも１つの開放ダクトは後方向に広がる断面積を有し、断面積は後方向の少なくとも一部に沿って先細り又は縮小し、ダイヤフラムの背面から放射された音波は、開放ダクトの実質的に全体を通過してから、ダクトの概ね外側かつすぐ後ろ及び縮小した断面積のすぐ後ろに位置する音響メタマテリアル吸収体の前面に接触するラウドスピーカを提供する。

このような構成では、背面音は、多孔質の音響的な詰め物が最小限であるか又は全くない大面積の低インピーダンスダクトを通ってダイヤフラムからメタマテリアルに伝えられる。この構成は、背面放射音の大部分をメタマテリアル吸収体に伝搬させるのに非常に効果的であり、メタマテリアル吸収体は、空間が利用可能な領域においてダイヤフラムからさらに離れて配置することができ、それにより、メタマテリアルの設計及び機械的構造についてより一層の自由が与えられる。この構成には、最初の審査では明らかではない微妙さもある。メタマテリアル吸収体は、極めて低い反射を有するように設計することができるが、この構成により、メタマテリアルによる小さな反射の影響さえはるかに問題になる。メタマテリアルからの反射は、ダクトとメタマテリアルとの界面、すなわちメタマテリアルの前面で生じ、メタマテリアルの前面は、ダイヤフラムからかなり後方に離れている。背面音がダクトを下って境界面に伝わり、ダイヤフラムに戻るまでの伝搬時間は、一般にドライバの上側周波数範囲の数周期である。この影響により、ダイヤフラムに衝突する反射波が原因でドライバのダイヤフラムの動きに不規則性が生じ、この不規則性は、たとえメタマテリアルからの反射がメタマテリアルに到達する入射音のわずかな割合であっても、深刻な可能性がある。したがって、ダクトとメタマテリアル吸収体との界面においてメタマテリアルの前面からの反射を最小限に抑えることが絶対に重要である。吸収性表面のかなりの部分は、隣接するチャネルを分離する壁によって形成されるが、これらの壁は、チャネルの「開口領域」を減少させ、ドライバダクトの「開口領域」＊よりも小さくし、反射を生じる。「ドライバダクト」開口に対して垂直な又はある角度の表面とチャネルを位置合わせすることによって、チャネル開口の総断面積をダクト面積と一致するようにすることができ、それにより、壁の厚さによる反射を大幅に低減することができる。（＊ダクトの「開口領域」は、開口部の位置における無限に延びるダクト内の「長波長波面領域」である）。しかしながら、メタマテリアル有効開口面積は必ずしもダクト開口面積と一致する必要はない。最良のインピーダンス整合を得るのに、（様々な音響材料又はメタマテリアルの粘度を補正するべく）物理的な領域にわずかな不一致を有することが役立つ場合がある。

音響反射を避けるために、ダクト内を伝わる波の特性インピーダンスはメタマテリアル吸収体の音響インピーダンスと整合する必要がある。メタマテリアル吸収体を含む、完全に密閉された有限サイズの音響吸収体は、非常に低い周波数でゼロの吸収を有する。このことから、吸収体の音響インピーダンスの実部も非常に低い周波数でゼロになるということになる。また、完全に密閉された有限サイズの音響吸収体は、密閉された容積の音響コンプライアンスにより負の虚部を有する低周波数インピーダンスを有する。図１ａに示すように、一定の断面を有するダクトは、ゼロの虚部及び一定の実部を有する特性インピーダンスを有する平面音波を運ぶ。その結果として、一定断面のダクトは、インピーダンス不整合又は反射音の大きさを最小限に抑えることができない。特性インピーダンスの要件は、低周波数でのゼロの実部及び負の虚部を有するために、波がダイヤフラムからメタマテリアル吸収体に伝わるにつれて減少する断面積をダクトが必然的に有する必要があることを意味する。

したがって、音響メタマテリアル吸収体の音響インピーダンスは、ダイヤフラムの背面から放射される音波の特性音響インピーダンスと、音波が音響メタマテリアル吸収体の表面に接触する点で実質的に一致することができる。

音響メタマテリアル吸収体の前面（又は仮想前面、以下参照）は、上記又は各開放ダクトの後端の開口部に位置することができる。好ましくは、上記又は各開放ダクトの後端の開口部の後ろにあるメタマテリアルは、上記又は各開放ダクトの後端の開口部のサイズよりも大きい前後方向に垂直なサイズを有する。このような構成は、メタマテリアルがラウドスピーカの中心軸から広がることができるように、音響エネルギーを散逸させるメタマテリアルのチャネルが半径方向に整列することを可能にする。したがって、前後方向のメタマテリアルの長さは、その前後方向に垂直なサイズよりも小さいことができ、これにより、メタマテリアルは、ラウドスピーカの軸方向の長さを最小限に抑えることができるように、薄いブロック又はシートの形態にすることができる。上記又は各開放ダクトの断面積は、その後端の開口部に向かって後方向に直線的に先細り又は縮小することができ、このような場合、ダクトの後端にある開口部から前方に通じるダクトは、（以下に定義されるように）円錐状に先細りすることができる。

音響メタマテリアルは、上記又は各ダクト内に部分的に含まれ得、上記又は各開放ダクトは、その後端に開口部を有することができ、音響メタマテリアル吸収体の前面は、この開口部に位置している。このような構成は事実上、メタマテリアル吸収体をダイヤフラムの後ろから遠ざけ、その結果、メタマテリアルはより多くの空間がある駆動装置の後ろに配置され、ダイヤフラムのすぐ後ろの空間を他のラウドスピーカ要素のために解放する。

駆動装置及び少なくとも１つの開放ダクトは、ダイヤフラムの後ろに配置することができ、少なくとも１つの開放ダクトは、ダイヤフラムから離れて後方向に駆動装置を通って延びることができ、音響メタマテリアル吸収体の前面は、概ね駆動装置の後ろに配置される。代わりに、駆動装置は、ダイヤフラムの外側及び／又は前方に配置することができ、この場合、開放ダクトは、駆動装置を通過しないが、ダイヤフラムの後方に延び、メタマテリアルは、ダクトの後端に又は後端に隣接して配置される。

上記又は各開放ダクトは、好ましくは、直円錐又は斜円錐で、音響メタマテリアル吸収体の前面に向かって円錐状に先細りする。加えて又は代わりに、上記又は各開放ダクトは、音響メタマテリアル吸収体の前面に向かって曲線を描いて内側に先細りする壁を有することができる。上記又は各ダクトは、連続する部分において、円錐状に先細りし、曲線を描いて内側に先細りする壁を含むことができる。壁が曲線を描いて内側に先細りする場合、ダクトの断面積は好ましくはメタマテリアル吸収体の方向に直線的にサイズが小さくなるため、壁は円錐テーパを画定し続ける。複数の開放ダクトがあってもよく、各ダクトは別個の音響メタマテリアル吸収体に通じることができる。複数の開放ダクトは、マトリックスに又はリングに配置することができ、及び／又は、複数の開放ダクトがリングに配置される場合、リングは円形であり得る。上記又は各開放ダクトは、円形であり得る一定の断面形状を有することができる。上記又は各開放ダクトは吸音材を含まないことが好ましい（ただし、用途によっては、このような材料が利点を有する可能性がある）。ダイヤフラムはドーム形又は円錐形のダイヤフラムであることができ、後者の場合、ダクトは、好ましくは、ツイータ駆動装置の外側に環状又はリング状の配置でダイヤフラムの後ろに配置される。

別の態様では、本発明はまた、上述のようなラウドスピーカを設計する方法であって、音響メタマテリアル吸収体の音響インピーダンスが、ダイヤフラムの背面から放射される音波の特性音響インピーダンスと、音波が音響メタマテリアル吸収体の表面と接触する点で実質的に一致することを可能にするように、上記又は各開放ダクトの長さ、一方又は両方の端部面積、共振周波数、及びの共振強度のうちの１つ以上が調整される方法を提供する。

添付の図面を参照して本発明を例として説明する。
図１ａ及び図１ｂは、同軸ドライバによる従来技術の高周波ドライバの断面図を示す。 本発明によるラウドスピーカの構成の一実施形態を示す。 本発明による別のラウドスピーカの構成の断面の概略図を示す。

図１ａは、高密度の音響詰め物で満たされた大きな中央通気管／ダクトを用いた直径２５．４ｍｍのダイヤフラムを有する高周波ドライバを示す。図１ｂは、高密度の音響詰め物で満たされた長さ１２０ｍｍの急激に先細りするダクトを用いた直径２５．４ｍｍのダイヤフラムを有する高周波ドライバを示す。

図２は、本発明による非常に効果的な構成を有する同軸ドライバの一部を形成するツイータ２０を断面で示す。駆動装置２６を通って直径２５．４ｍｍのダイヤフラム１０を音響メタマテリアル２８の前面３０に接続する円錐ダクト２４は、メタマテリアル２８の前面３０に半径１４６．４ｍｍの球面収縮音波を生じる。この波の特性音響インピーダンスは、６００Ｈｚの設計周波数を使用する場合、特許文献４に記載されているメタマテリアルのインピーダンスにほぼ一致する。この場合のインピーダンス整合は完全ではなく、限られた帯域幅でのみであるが、反射の問題がツィータ性能の制限要因ではない程度までほぼ完全に解決するのに十分である。

先細りダクトも、いくつかの理由から非常に実用的である。
１．高周波ユニットには一般にドーム形のダイヤフラムが使用され、凹面側が後方波を放射する傾向がある。このタイプのダイヤフラムは、適切な先細りダクトに接続されると、広い帯域幅にわたって理想に近い球面波を生成するように作ることができる（例えば、ＵＳ８０９４８５４Ｂ２参照）。
２．メタマテリアル吸収体の必要な入口面積は先細りダクトによって縮小され、これによりメタマテリアル吸収体のサイズが実質的にかなり縮小される。
３．先細りダクトは、直線状のダクトよりも占有スペースが少なく、他の部品がスペースを奪い合うラウドスピーカ設計にこれを容易に収容することができる。

円錐ダクトは、単一パラメータ方式で球面音波を運び、その結果、波がダクト内を伝搬するときに回折がなく、反射が最小限であるため、良い選択である。湾曲した壁を有する他のテーパ状ダクトも同様に使用することができ、ダクトがメタマテリアルに接合する所の音響波の半径が正しければ、インピーダンス不整合を概ね回避することができる。これは、特にダクトがメタマテリアルの前面に近づくにつれて、ダクトの断面積がメタマテリアルの方向に直線的に縮小することを確実にすることによって実現することができる。場合によっては、このような構成は、好ましい結果又はより実用的な幾何学的形状を与えることができる。例えば、ダイヤフラムのすぐ後ろのダクトの部分は、ダクトが先細りし始める前に音響容積を提供するように拡大することができる。

図２は、メタマテリアル２８が、ダクト２４の後ろで後方向に（図示のように左に）軸方向に延びるだけでなく、円錐ダクト２４の半径よりも実質的に大きな範囲までＸＸ軸から半径方向に延びることを示す。最も効果的であることが示されているメタマテリアル２８の場合、メタマテリアルを形成する狭い音響チャネル（図示せず）は、それらの長さの少なくとも一部が半径方向に配向され（又は実質的に半径方向の成分を有し）、これによりラウドスピーカの軸方向の寸法を小さく抑えることができる。特許文献４のように、チャネルの半径方向部分は、短い軸方向距離内により長い全長のチャネルを組み込むように折り畳むことができる。

メタマテリアル２８は、ダクト２４の開放された後端にわたって広がる前面３０を有するものとして示されている。この前面は、狭いチャネルを形成する構造壁の端部によって形成することができるため、不連続ではあるが、ダクト２４の開放端に広がる物理的な表面が存在する。代わりに、半径方向に方向付けられたチャネルに沿った音波の方向付けを容易にするために、開放ダクト２４の後端と接するメタマテリアルの前部に、くぼみ又は「界面容積」（すなわち、空の容積。図に示されていないが、図面の右側の破線垂直線の左側に延びている）が存在することができ、この界面容積の内面は、音波を半径方向に向けるか又は半径方向に近づけるように、少なくとも半径方向外側又は実質的に半径方向外側に面する部分を有するように形作られている。界面容積は、例えば、部分的に球形、ドーム形、又は円筒形ででさえあり得る（メタマテリアル２８に対して少なくとも少なくとも堅固な後方境界３１が常に存在する場合（図面の左側の破線垂直線に）。この界面容積の重要な設計要素は、そのインピーダンスが円錐ダクトの端部と一致することである。したがって、本明細書におけるメタマテリアルの「前面」への言及は、ダクト２４の開放後端に半径方向に広がるメタマテリアル構造の不連続ではあるが物理的な表面がある場合だけでなく、ダクト２４の開放後端に半径方向に広がる仮想表面のみがある場合（すなわち、ダクト２４の開放後端に直接隣接するメタマテリアルのその部分内に界面容積がある場合）も含むことを理解すべきである。このような界面容積があり、ダクトに隣接するメタマテリアルへの仮想前面のみがある場合、界面容積の外側のメタマテリアルの前面／ダクトの開放後端は、図示されるようにツイータ２０の後部構造に対して封止し、音響エネルギーがそこで散逸される狭いチャネルを通して以外に移動するのを防ぐ。

図３には、駆動装置３２６がダイヤフラム３１０の前方かつ半径方向外側に配置されている、本発明による代替的なラウドスピーカの構成３２０が示されている。ダイヤフラム３１０は、図２に示される方向とは反対の方向に湾曲しているので、その凹面は聴取者に向かって矢印Ａの方向に音を放射し、この音はフェイズプラグ３３６内の通路を通過し、ドライバ開口部３３４を出て音響ホーン３３２を通過する。この構成では、ダイヤフラム３１０の後方に延びるダクト３２４は、最初に輪郭が湾曲しかつ最初に断面積が拡大してから、内側に湾曲してメタマテリアル３２８に向かって先細りし、メタマテリアル３２８の前面３３０がダクト３２４の端部に位置する。ダクト３２４の内部に配置されかつダクト３２４の湾曲した壁３４２と相互作用するように湾曲した外側輪郭を有するプラグ３４０が存在し、ダクトの開放部分（すなわち、壁３４２とプラグ３４０との間の領域）の断面積がＸＸ軸に沿って直線的に減少するように（かつプラグ３４０とメタマテリアル３２８の前面３３０との間の軸方向距離におけるダクトは円錐形であるように）なっている。この構成は、図３に示す開放ダクト３２４が、その軸方向長さの大部分に沿って事実上「円錐形」であることを意味する。

図２の構成のように、図３において、メタマテリアル３２８はメタマテリアルを形成する狭い音響チャネル（図示せず）を有し、狭い音響チャネルは、その長さの少なくとも一部が半径方向に配向され（又は、実質的に半径方向の成分を有し）、及び／又は、上記のように界面容積を含み得る。

当然ながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施形態に多くの変形を加えることができることは理解されるであろう。例えば、上記の実施形態は、１つ以上の円形の円錐ダクトを有するものとして説明されているが、本発明は、長円形、楕円形又はレーストラック形状（８の字、又は角を丸めた三角形／正方形／多角形）などの非円形の配置、又は前後軸Ａに垂直な一般平面にある１つ又は２つの直交方向に対称な任意の形状、並びにそのような配置及び／又は形状の組み合わせに等しく適用される。ダクトは、まっすぐな壁を有する円錐形であることができ、又は壁が湾曲している（例えば、急激に、楕円形、双曲線、放物線である）ことができる。円錐ダクトは直円錐又は斜円錐である。複数のダクトの環状配置があることができ、それらは平行であるか又は先細りもしくは拡大する直円錐もしくは斜円錐として配置することができる。複数のダクトが設けられている場合、それぞれの異なるダクトの後端に、別個の及び／又は異なる音響メタマテリアルを設けることができる。メタマテリアルは、メタマテリアルの前面がダクトの内部で、その後端の前方に短い距離だけ前方に延びるようにダクト内に侵入することができ、これは、音響上の理由であるか、又はメタマテリアルをダクトに対して正確に位置決めするのに役立つ場合がある（例えば、複数のダクトが存在する場合、メタマテリアルは、一部又は全てのダクトの後端と係合するように突起を有するように成形される場合がある）。一実施形態では、異なるタイプのメタマテリアルを組み合わせることができ、メタマテリアルを形成する複数の要素を繰り返すことができ、又はそれらは形状、寸法又は構造が異なることができる。図２の図示された実施形態では、ダイヤフラム１０の後部とメタマテリアルの前面との間に空の容積があり、この容積は、駆動装置２６を通る円錐ダクト２４の容積及びダイヤフラム１０の後ろの音響容積から形成される。いくつかの実施形態では、図３に示すように、ダイヤフラムの後ろの容積の大きさを増大させること、及び／又は先細りダクトの最初の部分を拡大することなどによって、空の容積の大きさを拡大することが有益であり得る。ダイヤフラムのすぐ後ろにあるダクトの最初の部分は、短い後方向で断面積が増大してから、メタマテリアルに向かって後方向の残りの部分で断面積が減少する場合がある。上記又は各先細りダクトは、メタマテリアルの前面の近くにあるダクトの先細りが上記のように円錐形であるという条件で、湾曲した輪郭で先細りする部分と組み合わせて円錐状に先細りする部分を含むことができる。

異なる変形例又は代替的な構成が上述されている場合、当然のことながら、本発明の実施形態は、そのような変形例及び／又は代替例を任意の適切な組み合わせで組み込むことができる。

Claims (15)

1. ラウドスピーカであって、
   ｉ．前面及び背面を有する音響ダイヤフラムであって、使用中に振動してラウドスピーカから離れる前方向にその前面から及び後方向にその背面から音波を放射するように駆動される音響ダイヤフラムと、
   ｉｉ．駆動装置と、
   ｉｉｉ．前記ダイヤフラムから離れる後方向に前記駆動装置を貫通しかつその後端に開口部を有する少なくとも１つの開放ダクトと
   を含み、
   前記少なくとも１つの開放ダクトは前記後方向に広がる断面積を有し、前記断面積は前記後方向の少なくとも一部に沿って縮小し、前記ダイヤフラムの背面から放射された音波は、前記開放ダクトの実質的に全体を通過してから、前記ダクトの概ね外側かつ後ろ及び縮小した前記断面積のすぐ後ろに位置する音響メタマテリアル吸収体の前面に接触する、ラウドスピーカ。
2. 前記音響メタマテリアル吸収体の前面は、前記又は各開放ダクトの後端の前記開口部に位置する、請求項１に記載のラウドスピーカ。
3. 前記又は各開放ダクトの後端の前記開口部の後ろにある前記メタマテリアルは、前記又は各開放ダクトの後端の前記開口部のサイズよりも大きい前後方向に垂直なサイズを有する、請求項１又は２に記載のラウドスピーカ。
4. 前記前後方向の前記メタマテリアルの長さは、その前記前後方向に垂直なサイズよりも小さい、請求項１、請求項２又は請求項３に記載のラウドスピーカ。
5. 前記メタマテリアルは、音響エネルギーを散逸させるように適合された複数の狭いチャネルを含み、前記又は各開放ダクトの後端の前記開口部から垂直に離れる各チャネルの少なくとも一部が、前記前後方向に対して垂直に並べられている、請求項１から４のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
6. 前記又は各開放ダクトの断面積は、その後端にある前記開口部に向かって後方向に直線的に先細り又は縮小する、請求項１から５のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
7. 前記駆動装置及び前記少なくとも１つの開放ダクトは、前記ダイヤフラムから離れて後方向に延び、前記音響メタマテリアル吸収体の前面は、概ね前記駆動装置の後ろに位置する、請求項１から６のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
8. 前記音響メタマテリアル吸収体の音響インピーダンスは、前記ダイヤフラムの背面から放射される音波の特性音響インピーダンスと、前記音波が前記音響メタマテリアル吸収体の表面に接触する点で実質的に一致する、請求項１から７のいずれかに記載のラウドスピーカ。
9. 前記又は各開放ダクトの少なくとも一部は、前記音響メタマテリアル吸収体の前面に向かって円錐状に先細りする、請求項１から８のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
10. 前記又は各開放ダクトの少なくとも一部は、前記音響メタマテリアル吸収体の前面に向かって曲線を描いて内側に先細りする壁を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
11. 複数の開放ダクトを含み、各ダクトは別個の音響メタマテリアル吸収体に通じる、請求項１から１０のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
12. 前記又は各開放ダクトは一定の断面形状を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
13. 前記少なくとも１つの開放ダクトは環状ダクトを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
14. 前記又は各開放ダクトは吸音材を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載のラウドスピーカを設計する方法であって、前記音響メタマテリアル吸収体の音響インピーダンスが、前記ダイヤフラムの背面から放射される音波の特性音響インピーダンスと、前記音波が前記音響メタマテリアル吸収体の表面と接触する点で実質的に一致することを可能にするように、前記又は各開放ダクトの長さ、一方又は両方の端部面積、共振周波数及び共振強度のうちの１つ以上が調整される、方法。

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