JP3919663B2 - 低音用反射拡声器システム及びこれを製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は請求項１のプリアンブルに記載される低音用反射拡声器（bass-reflex loudspeaker）に係る。
本発明は更に請求項９のプリアンブルに記載される低音用反射拡声器構造を製造するための方法にも係る。

本発明はとりわけ低音域用拡声器に用いるのに適する。
低周波数音響の再生における拡声器エンクロージャ（loudspeaker enclosures）に対するセットの要件の内で、最も重要な要因はエンクロージャの能力と関係し、エンクロージャには、変形に伴う内圧の変動を可能な限り小さくできること（スチフであること）と、エンクロージャが構造の共振の影響を受けないことが要求される。通常は、エンクロージャは、エンクロージャの内部から支えられ、スチフネスを強化された（stiffened）平坦なパネル（planar panels）から作られる。湾曲面（curved surfaces）は構造的に平坦な面よりもかなりスチフであるために、球形、円筒形、その他の同等な形状も、拡声器エンクロージャの構造に採用されている。

低音用反射エンクロージャ（bass-reflex enclosures）は低周波音響を再生するための一つの基本的な拡声器エンクロージャである。このエンクロージャ構造においては、拡声器ユニット用に作られたエンクロージャ開口は、しばしばそれに接続されたダクトを有するもう一つの開口にて補完される。この場合、このダクト内に含まれる空気は音響インピーダンス（質量）が形成し、エンクロージャ内に含まれる空気は音響容量（ばね）が形成し、これらを組合せた時の共振周波数が拡声器ユニットと協力（共振）するようにこれらのサイズが定められる。最も低い周波数においては、この組合せは共振を示し、これによりこの共振回路は拡声器ユニットに対する負荷として作用する。この場合は、拡声器ユニットの偏位（excursion）は小さく、放射の大部分は反射開口（reflex opening）を介して起こる。ただし、目標が非常に低い周波数レンジ内の音響の再生に置かれる場合は、システム全体の共振周波数を、エンクロージャの容積を増加すること、或いは反射ダクト内に含まれる空気の音響質量（acoustic mass）を増加することで、下げることが必要となる。多くの場合、エンクロージャのサイズを大きくすることは短所もあるために回避され、このため反射ダクトの長さを長くすることが必要となる。共振周波数において起こる放射は反射ダクトを介して起こるために、ダクト内の空気の流速が要求される音響出力（acoustical power output）によって影響を受ける。そして、ダクト内の流速がある与えられた限界値より増加すると、流れは乱流（turbulent）となり、音の歪みと圧縮（compression）を引き起こす。このために、ダクトの最小断面積は要求される音響出力によって決まる。より高い音響出力が要求される場合は、ダクトの断面積を増加することが必要となるが、ただし、ダクトはそれだけ長くなる。長いダクトは、エンクロージャ内に真っ直ぐには取り付けることはできず、従来のアプローチにおいてはダクトが様々な角度に折り曲げられるが、ただし、急な角度に曲げると空気の流速が小さなときでさえも乱流が発生する。低音用反射拡声器の寸法の決定と、これらが有する問題に対する電気的技術的解決が当分野における文献において広く取り上げられているとともに、例えば、先行技術文献情報としての次のものに開示される。
欧州特許EP 0 322 686号

本発明の一つの目的は、従来の技術のこれら問題を克服すること、及びまったく新規なタイプの低音用反射拡声器構造及びこれを製造するための方法を提供することにある。

本発明のこの目的が、拡声器エンクロージャの少なくとも反射ダクト（reflex duct）の部分を、断平面（sectional plane）から見たとき螺旋形状（spiraling shape）を有し、両端に切妻要素（gable elements）が配置された、湾曲要素（curved element）から形成することで達成される。本発明によると、反射ダクトは、湾曲部分の外側シェル（outer shell）が反射ダクトウォールの少なくとも一部を形成し、このダクトの外側シェルの螺旋状に「巻かれた（wrapped）」されたエクステンション（extension）が反射ダクトの他のウォールを形成するように構成される。換言すれば、拡声器エンクロージャと反射ダクトのエンベロップ（envelope）は、実際には、螺旋形状に曲げられた単一の帯状構造（banded structure）から形成され、反射ダクトはこの螺旋のコイル状ターン（coiled turns）間に形成される間隙によって形成される。本発明に非常に典型的な一つの実施例においては、この反射ダクトは、その幅は湾曲要素の幅に等しく、その両側は切妻要素により区切られたチャンネルから形成される。

より具体的には、本発明による低音用反射拡声器構造は請求項１の発明特定部分に記載される事項を特徴とする。
更に、本発明による方法は請求項９の発明特定部分に記載される事項を特徴とする。

本発明は以下のような重要な長所を有する。
この構造は非常にスチフ（stiff）となり、このため動作周波数全域に渡って妨害共振から開放される。反射ダクトの長さが、これをエンクロージャの外周に配置することで最大化され、しかも、反射ダクトが長いにもかかわらず不連続性も回避される。この拡声器構造は、反射ダクトの部分を最適位置に配置することで非常にコンパクトにすることができる。この構造は更に反射ダクトの部分を適当に選択することで反射ダクトが拡声器構造の負荷ベアリング部材（load-bearing members）の一部として機能するようにされる。反射ダクトは螺旋状の滑らかな形状を有するために、乱流が最小化され、音響の歪み及び圧縮が低減される。更に、本発明による様々なバリエーションは、この拡声器構造は典型的には拡声器ユニットに加えてたった３つの主要コンポーネントから成り、幾つかの製造技術を用いた場合はさらにコンポーネント数を少なくすることができるために、製造技術の観点からも非常に有利である。
以下では、本発明を例示としての実施例を用いて添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。

図１に示される実施例においては、拡声器ユニット3はフロントウォール2に取り付けられる。フロントウォール2の後側には点線にて螺旋構造として実現される拡声器エンクロージャの湾曲部分1が示される。螺旋構造1の内側に拡声器チャンバ7が形成され、ここから拡声器の外側に向かって反射ダクト4がルートされる。反射ダクト4は拡声器チャンバ7内に位置する反射ダクト入口端5と外側へと開かれた反射ダクト出口端6を有する。流体技術上の理由から、入口端5及び出口端6の両方の断面積は反射ダクト4の中央部の断面積より大きく作られる。この拡声器構造は、システムの音響発生器として作用するアクティブ拡声器ユニット3を除き、スチフネス（stiffness）が最大となるように設計される。拡声器ユニット3自身も拡声器チャンバ7の区切部分（delimiting portion）として機能する。

図２に示すように、拡声器チャンバ7は、螺旋部分1、螺旋ダクトを両側から囲むフロントウォールパネル2とリアウォールパネル8、及び拡声器ユニット3によって区切られる。図１と２においては、反射ダクトの出口開口6は右側に向かって出るように描かれているが、ただし、本発明から逸脱することなく、反射ダクトの出口開口はどの方向に出るようにすることもできる。更に、図面においては、反射ダクト4は、フロントウォールパネル2の側から見たとき、反時計回りの方向にスパイラルするように示されているが、勿論、反対の方向（つまり、時計回り）も可能である。

幾つかの製造技術上の便宜のために、フロントウォールパネル2とリアウォールパネル8は互いに平行に、かつ、湾曲螺旋部分１の縦軸と垂直に、配置されているが、ただし、この細部は、明らかに、本発明の機能にはそれほど重要でない。拡声器構造は、しばしば、美観（spectacular look）が得られることを目標とされ、このために、例えば、湾曲螺旋部分1を、互いに任意の角度に傾けることができる切妻要素（gable elements）にて囲むこともできる。更に、切妻要素2、8は、拡声器チャンバ7と反射ダクト4が漏れのない実体に製造されることを前提として、平坦であることも必要とされない。更に、拡声器ユニットの動作位置は、自由に選択することができ、例えば、拡声器構造を水平位置に配置し、切妻要素8にて或いは切妻要素2に取り付けられた適当なレッグにて支えることもできる。

図３と４に示す実施例は、拡声器ユニット3が湾曲螺旋部分1に接するように配置される点を除いて図１と図２の構造と他の点は完全に同等である。拡声器ユニット3と湾曲ウォール部分1との間のジョイントは互いに密封される必要があるために、この搭載方法では、図面には示されていないが、拡声器ユニット3と湾曲部分1との間にシール部材が必要なる。

反射ダクトの長さは、チャンバの容積と反射ダクトの寸法に基づいて、以下の周知の式を用いて決定される：

ここで、
ｆ_rは共振周波数、
ｃは音の速度、
Sは反射ダクトの断面積、
ｌは反射ダクトの長さ、
Vは拡声器チャンバの容積、を表す。

一例として上の式に基づいて拡声器の寸法を決定した場合、図１から４に示すような拡声器のエンクロージャの寸法は以下の通りとなる：
共振周波数ｆ_r 29Hｚ
湾曲部分1の直径 340mm
湾曲部分の幅 250mm
フロント（及びリア）ウォールパネルの高さ 470mm
反射ダクト4の高さ 15mm
反射ダクトの長さ 580mm
チャンバ7の容積 22ｌ

螺旋構造が採用され、本発明の反射ダクト4は、一つの実施例においては、その幅が湾曲部分1と等しい単調的に湾曲した形状を有する。ただし、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、ダクト4の幅は、必要であれば、例えば、ウォールプレート2、8の近傍で低減することもできる。図面に示される例示としての実施例においては、反射ダクト4は実質的に円の外周の半分に等しい長さを有するが、反射ダクトの長さは、他の設計パラメータ（式、拡声器ユニットの直径、拡声器ユニットの遮断周波数、等）によって定まる限界内で変えることもできる。こうして、反射ダクト4は、湾曲部分1の外周とこのエクステンション部の回りを一回転を超えて延ばすこともできる。この特別のケースにおいては、反射ダクトの全体が湾曲部分1の外周に沿って配置されるわけではない。

湾曲部分1は円筒のコイル状のウォールを用いる代りに円錐とすることもできる。
カースティング（casting）、深絞り（deep drawing）或いは類似の技術を用いる場合は、湾曲部分は２つの互いにジョイントされたパーツから形成することもでき、この場合は、上述の製造パーツの湾曲螺旋部分とその切妻要素への分割は当てはまらない。更に、拡声器のエンクロージャは、球形とすることもでき、この場合は、切妻要素は不要となる。この場合、勿論、製造されたパーツ間のジョイントは拡声器構造のどこに置くこともできるが、このジョイントは典型的にはこのピースの中央平面に沿って形成される。

湾曲部分1は、金属、プラスチック、厚紙、等から作られる。湾曲形状のために、非常に薄い構造であってもシチフであり、また、この共振周波数は数百Hzのオーダであり、これは低音レンジの音響の再生に完全に満足できるものである。湾曲部分1を少なくとも一つは損失層から成る複数の層を積層して形成することで、共振周波数を減衰できるという追加の長所を有する構造を得ることもできる。

図１−４に示される拡声器構造は、独立して、低音レンジに対してのみ最適化されたいわゆるサブウーファ（subwoofer）として機能するように設計することも、或いは音響周波数バンドをカバーする拡声器構造内の一つのコンポーネントとして機能するように設計することもできる。
典型的には、本発明による拡声器構造は、更に増幅器を組み込むこともできる。

本発明による低音用反射拡声器構造の第一の実施例を示す正面図である。 図１の拡声器構造を右から見た図である。 本発明による低音用反射拡声器構造の第二の実施例を示す正面図である。 図３の拡声器構造を右側から見た図である。

符号の説明

１ 拡声器エンクロージャの湾曲部分
２ フロントウォールパネル
３ 拡声器ユニット
４ 反射ダクト
５ 反射ダクトの入口端
６ 反射ダクトの出口開口
８ レアウォールパネル

Claims (8)

1. エンクロージャおよびこのエンクロージャに接続される反射ダクトを備え、該エンクロージャ内に含まれる空気により形成される音響容量と、該反射ダクト内に含まれる空気により形成される音響質量との組み合せによって音響共振系が形成されるように構成されている低音用反射拡声器構造であって、
   拡声器エンクロージャ構造（１、２、８）にて区切られた拡声器チャンバ（７）と、
   該拡声器チャンバ（７）に接続された反射ダクト（４）であって、該拡声器チャンバを該拡声器エンクロージャの外側の空間に接続する反射ダクト（４）と、
   該拡声器エンクロージャ構造（１、２、８）に取りつけられた少なくとも１つの拡声器ユニット（３）であって、該拡声器チャンバ（７）を区切る構造の一部分を形成する少なくとも一つの拡声器ユニット（３）と、を備える低音用反射拡声器構造であって、
   該拡声器エンクロージャ構造（１、２、８）は、両端を該拡声器チャンバ（７）を形成するように閉じられた湾曲螺旋構造（１）を有し、
   該反射ダクト（４）は、螺旋構造（１）の外周上に少なくとも部分的に形成されることを特徴とする低音用反射拡声器構造。
2. 該湾曲螺旋構造（１）が両端を切妻要素（２、８）にて区切られることを特徴とする請求項１記載の低音用反射拡声器構造。
3. 該湾曲螺旋構造（１）がカースト構造の部分内に（一部として）形成されることを特徴とする請求項１記載の低音用反射拡声器構造。
4. 該エンクロージャ構造が、全体が該螺旋構造（１）の外周上に配置された反射ダクト（４）を備えることを特徴とする請求項１記載の低音用反射拡声器構造。
5. 該反射ダクト（４）が該螺旋構造（１）により閉じ込められる空間の幅と等しい幅を有することを特徴とする請求項１、２、３、或いは４記載の低音用反射拡声器構造。
6. 該切妻要素（２、８）が平行に配置されることを特徴とする請求項１、２、３、４、或いは５記載の低音用反射拡声器構造。
7. 該切妻要素（２、８）が該螺旋構造（１）の縦軸に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５或いは６記載の低音用反射拡声器構造。
8. 該螺旋構造（１）が少なくとも一つが損失層から成る積層構造から製造されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、或いは７記載の低音用反射拡声器構造。

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