JP3965432B2 - 直接変調型気流スピーカ及びスピーカユニット - Google Patents

Description

本発明は、音響変換システムの内音声信号を音声出力に変換するスピーカに関し、特に低音再生において音声変調の掛かった駆動源で直接音波と気流を共に発生することを特徴とするスピーカに関する。

現在、ラジオ、テレビ、そしてオーディオ等において一般的に使用されるスピーカは、往復振動を前提とする振動板をボイスコイルと呼ばれるメカニズムにより駆動する。その駆動原理は電磁モータと同様、ローレンツ力に依存するものである。

この往復動型は音響的に正負二重音源と呼ばれ、本来の再生波形と１８０度位相の異なる逆位相波形を発生する。すなわち、振動板の表側から正位相の音波が、そして裏側から逆位相の音波が放出される。そのため、もし逆位相波をそのままにして置くと、近傍の空間に於いて正位相波と干渉が生じ、広帯域な再生が困難となる。その干渉の程度は波長に依存し、長波長すなわち低音の場合ほど干渉し易くなり、−６ｄＢ／Ｏｃｔの割合で低音出力が変化してゆく。そのため、従来技術ではエンクロージャを使用して逆位相波を閉じ込め干渉を防いでいる（例えば、特許文献１）。

しかしながら、このエンクロージャを使用することで、いわゆる背圧と呼ばれる負荷等がスピーカの最低共振周波数ＦＯを実質上押し上げ、さらに駆動に要する電力も増加する。また、近年の省エネ／省スペースの動きに呼応して、スピーカエンクロージャの薄型化への要請が一段と高まってきているが、上記背圧はエンクロージャの容積に反比例するから、結果としてスピーカの負荷が増大する。

一方、エンクロージャを用いずに上記逆位相の音波の放出を防止したものとして気流スピーカが挙げられる（例えば、下記特許文献２）。これは、サイレンの作動原理と同様、気流に変調を加えることにより、音声を発するものである。更に新しい形式として、図１１に示すようなパルセータ３を音声変調された駆動源で稼動させることにより、直接音声を気流と共に発生させる技術もある（これを直接変調型気流スピーカと呼ぶ）。

より具体的には、直接変調型気流スピーカは、図１１に示すように、駆動源１と、駆動入力装置２と、音響用パルセータ３と、この音響用パルセータ３を保護する保護カバー４とからなる。駆動源１は、超音波モータであり、駆動入力装置２より音声信号で変調された回転入力を受ける。スタンバイ時には、一定の速度で回転し、駆動入力装置２からの音声信号に応じて回転速度を変化させながら一定の方向に回転する。音響用パルセータ３は、この駆動源１の回転力、すなわち音声信号に応じた回転速度で可変的に回転する。

この音響用パルセータ３の回転によって、主に、正位相面３２が発音音面となる。すなわち、この正位相面３２が、その近傍にある空気を図中の上方向に押し、空気粒子に加速度を与える。ちなみに定速運転時、すなわち音声入力がゼロの場合は上方へ押し出される空気流は存在しても、空気粒子は一定速度でそれ以上の加減速はされず、音波とはならない。これは、音波は気体粒子速度の微小変化分そのものであり、定常流の粒子速度変動はないためである。なお、羽根の端面等から生じる渦流は局所的な気体粒子速度の変化を生じている。しかし回転速度が低いため有意な音量とはならない。このようにして、音響用パルセータ３を用いた直接変調型気流スピーカから音声入力に応じた音声出力が得られる。
特開２００３−３１９４８１号公報 特願２００２−２７１６７９号公報

ところで、上記の直接変調型気流スピーカにおける発音メカニズムによれば、発音音面となるのは、上述の通り、主として正位相面であるが、垂直である逆位相面も回転方向に対しては、明らかに気体粒子に対して加減速機能がある。

因みに、正位相か逆位相かの違いは面の法線の回転方向へのベクトルが、回転方向と同じか逆かだけに依存するものである。例えば、扇風機の場合、正位相を羽根の前面とすれば、逆位相は羽根の裏面が発音源となる。このように、直接変調型気流スピーカは、基本的には正逆両者の音波発生能力に関する限り同等と考えられ、正負二重音源と言えるのである。そして特に、低周波の場合は波長が長いため、回折効果により結果的に上方への逆位相成分が発生する。

一方で、上記往復動型スピーカでは、上述の通り、正負二重音源が前提であり、逆位相波の発生防止はそもそも実現することができないものであるから、エンクロージャで逆位相発生面を含む空間領域を物理的に閉空間として逆位相波を閉じ込めることにより、逆位相波の放出を防止して音源の一重化を図っていた。

しかしながら、直接変調型気流スピーカにおいて、音源の一重化を図るために、この手法をそのまま利用することはできない。それは、図５に示す通り、直接変調型気流スピーカでは、正位相波発生源と逆位相波発生源とが同じ回転系の上にあり、しかも一つの空間内に共存しているからであり、逆位相発生面を含む領域を選択して単に空間的に囲い込んでも、そのままではエンクロージャとしての機能を果たさないからである。むしろ、エンクロージャ自身をいきおい回転系上に作らざるを得ず、作動時には新たな発音体として振舞ってしまうことになる。

つまり、直接変調型気流スピーカでは、従来の一重音源化の常套手段であったエンクロージャがまったく使用できないのであり、この形式のスピーカにおいて逆位相波の発生を防止する手段あるいは逆位相波の放出を防止する手段、すなわち直接変調型気流スピーカでの一重音源化の有効な手段は提案されていなかった。

本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、気流発生時に直接変調を掛ける直接変調型気流スピーカにおいて、逆位相波の発生防止、及び／あるいは逆位相波の放出を防止する一重音源化手段を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の直接変調型気流スピーカは、音声信号に応じて駆動信号に変更する駆動入力手段と、前記駆動信号に応じて回転変調駆動する駆動手段と、前記駆動手段から回転力を受け、回転する音声発生手段とを備えた直接変調型気流スピーカにおいて、前記音声発生手段は、発音面となる正位相波発生面と、この正位相波と非対称的に設けられた逆位相波発生面とを備え、前記逆位相波発生面には、開口部が設けられるとともに、当該開口部は逆位相波放出量を音響的に低減させる管へと接続されていることを特徴とする。

以上の態様では、音声発生手段の逆位相面には開口部が設けられ、この開口部には、逆位相波の発生を低減させる管が設けられているため、この逆位相面を無限小化、または非発音面化できる。これにより、逆位相面が回転方向に対する加減速により発音面となるのを防止し、直接変調型気流スピーカの一重音源化を達成することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記音声発生手段の少なくとも一部は、発泡性プラスチックまたは発泡性硬質ポリウレタンにより成形したことを特徴とする。
以上の態様では、音声発生手段を、軽量かつ高剛性に作成できる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記開口部には、逆位相放出量を減少させる吸音部材が設けられていることを特徴とする。
以上の態様では、例えば、グラスウール等からなる吸音部材によって逆位相波を吸音することができるため、紡錘型音響管を設けていても、実用上やむを得ず発生する逆位相波を効率よく吸音することが可能となる。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記管は、紡錘型音響管であることを特徴とする。
以上の態様では、音声発生手段の開口部に紡錘型音響管が接続されていることにより、この逆位相面を無限小化できる。これにより、逆位相面が回転方向に対する加減速により発音面となるのを防止し、直接変調型気流スピーカの一重音源化を達成することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記紡錘型音響管は、前記音声発生手段の外周部から中心に向かって巻回して配置されていることを特徴とする。
以上の態様では、特に音声信号が低音領域である場合に有効である。すなわち、低音は波長が長いため、例えば単に吸音部材を表面に貼り付けただけでは、十分な低音の吸収は期待できない。しかしながら、本発明のように、紡錘型音響管を音声発生手段の外周部から中心に向かって巻回して配置することによって、音響迷路現象により非発音面化することが可能となる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記開口部を含む紡錘型音響管の長さを、最低再生周波数の波長の１／４としたことを特徴とする。
以上の態様では、紡錘型音響管の長さが、波長の１／４であれば、その波長は紡錘型音響管の吸音能力が最低再生周波数まで確保でき、これにより、逆位相音の発生を防止することが可能となる。

請求項７記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記正位相面と前記逆位相発生面とが複数設けられ、前記複数の逆位相発生面における各開口部には、共通の紡錘型音響管が接続されていることを特徴とする。
以上の態様では、複数の逆位相発生面をまとめて一本の音響管で処理することにより、音声吸収手段の制作が容易となる。

請求項８記載の発明は、請求項４から７のいずれか１項に記載の発明において、前記紡錘型音響管の少なくとも一部は、発泡性プラスチックまたは発泡性硬質ポリウレタンにより成形したことを特徴とする。
以上の態様では、音声発生手段の一部を、発泡性プラスチックまたは発泡性硬質ポリウレタンにより形成したことにより、軽量かつ高剛性な音声発生手段が得られる。

請求項９記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記管は、管状閉音響管で構成され、この管状閉音響管は、前記音声発生手段の外周部から中心に向かって巻回して配置されていることを特徴とする。

以上の態様では、音声発生手段の開口部に管状閉音響管が接続されていることにより、逆位相面を制御できる。特に管状閉音響管の閉端面を回転中心に到達させた場合、回転の加減速に伴う角加速度変化があっても、閉端面は一切の音圧変化を生じない。これにより、逆位相面が回転方向に対して加減速することによって発音面となるのを防止し、直接変調型気流スピーカの一重音源化を達成することができる。また、管状閉音響管は製作が容易であるので、音声発生手段が容易に構成可能である。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記開口部を含む管状閉音響管の長さを最低再生周波数の波長の１／４としたことを特徴とする。
以上の態様では、閉管型音響管の長さが、波長の１／４であれば、その波長までは管状閉音響管の内部共鳴と開口部の吸音材により打ち消しあうことができ、これにより、逆位相音の発生を防止することが可能となる。

請求項１１記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記逆位相発生面が複数設けられ、この複数の逆位相発生面の各開口部には、一つの管状閉音響管が接続されていることを特徴とする。
以上の態様では、複数の逆位相発生面をまとめて一本の音響管で処理することにより、音声発生手段の制作が容易となる。

請求項１２記載の発明は、請求項９から１１のいずれか１項に記載の発明において、前記管状閉音響管の少なくとも一部は、発泡性プラスチックまたは発泡性硬質ポリウレタンにより成形したことを特徴とする。
以上の態様では、軽量かつ高剛性な音声発生手段が得られる。

請求項１３記載の発明は、請求項２、８又は１２記載の直接変調型気流スピーカにおいて、発泡性硬質プラスチック、例えば発泡ポリスチレンを使用した場合に、該発泡性硬質プラスチックの表面にガラス転移点の低い素材からなる部材を配したことを特徴とする。
以上の態様では、音声発生手段の一部を、発泡性硬質プラスチックにより形成し、その表面をウレタン系材料等のガラス転移点の低い素材でコートすることにより、不要な可聴音の発生を防止することが可能である。

請求項１４記載の発明は、請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカを複数設けたスピーカユニットであって、それらスピーカを同一の音声信号により駆動することを特徴とする。
以上の態様では、請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカが小型化に伴って音圧が低下することに鑑み、複数のスピーカを配置することによって、所望の音圧を確保し、大音量再生の手段を提供することが可能である。特に、本発明が低音専用である場合には、再生波長が長いため、音源の物理的広がりによる位相の違いは実用上無視でき、単純に音量のみが増加させることが可能である。

請求項１５記載の発明は、請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカを二重に設けて構成したスピーカユニットであって、それらスピーカを同軸上に反転させて配置したことを特徴とする。
以上の態様では、請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカを同軸で背中合わせに配置する事により結果として偶力を打ち消しあうことができる。いわゆる二重反転式プロペラと同様、お互いに反力を打ち消し合うため不要な反動が最小限とすることが可能である。

請求項１６記載の発明は、請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカが再生空間内に複数配置することによって構成したスピーカユニットであって、それらスピーカを主音源からの音波到達時間に合わせて同一音声信号を再生することを特徴とする。
以上の態様では、請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカを遅延回路と併用して分散配置することによって、例えば、１０個のスピーカを使用した場合には、より均一な音圧分布を持つ再生音場が構成出来る。

請求項１７記載の発明は、請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカが再生空間内に複数配置することによって構成したスピーカユニットであって、それらスピーカを前記再生空間の低音残響時間を所定の特性に制御することを特徴とする。 以上の態様では、請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカを遅延回路と併用して分散配置されたスピーカ、及びセンサーとしてのマイクロフォン等を設置することにより、音場の残響時間を制御することもできる。

以上示したように、本発明によれば、逆位相波の発生あるいは放出を防止することによって一重音源化し、音楽再生において最もエネルギー密度の高い領域は中低音であっても、低消費電力でエネルギー密度を確保しつつ低音領域まで高性能でかつ周波数特性が広い直接変調型気流スピーカを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、本実施形態という。）について、図面を参照して具体的に説明する。

〔１．第１の実施形態〕
〔１−１．構成〕
本実施形態における直接変調型気流スピーカの全体構成は、上記従来のスピーカと同様である。すなわち、本実施形態の直接変調型気流スピーカは、図１１に示すように、駆動源１と、駆動入力装置２と、音響用パルセータ３と、この音響用パルセータ３を保護する保護カバー４とからなる。駆動源１は、超音波モータであり、駆動入力装置２より音声信号で変調された回転入力を受ける。スタンバイ時には、一定の速度で回転し、駆動入力装置２からの音声信号に応じて回転速度を変化させながら一定の方向に回転する。音響用パルセータ３は、この駆動源１の回転力、すなわち音声信号に応じた回転速度で可変的に回転する。

そして、本実施形態における直接変調型気流スピーカの特徴点は、音響用パルセータ３の内部構成に改良を施した点である。この点について、図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は、音響用パルセータ３の全体構成を示す斜視図であり、図２は音響用パルセータ３の内部構造を示す透視図である。

本実施形態における音響用パルセータ３は、発泡ポリスチレンにより形成し、表面をウレタン系材料でコートされたものであり、図１に示すように、後述する吸音効果を奏する管状物を収納した基盤部３１と、発音に積極的に寄与する正位相面３２と、非発音面で通常回転面に対し垂直に設けられた逆位相面３３とから構成されている。なお、図に示すとおり、この正位相面３２は、端面から中心に向かって傾斜をなしている。

このような音響用パルセータ３においては、上記従来技術において説明した通り、主として非発音面となる逆位相面３３は、回転方向に対しては明らかに加減速機能があり、この場合には発音面となる。特に、音声信号が低周波である場合には、その波長が長いため回折効果により結果的に上方への逆位相成分が発生する。ここで、この逆位相面３３の発音量は、発音面の回転方向投影面積、回転体の角加速度、及び回転中心からの距離等に依存する。しかしながら、回転体の角加速度は、音響用パルセータ３が剛体であるため場所に関わらず同一であるが、実効投影面積である逆位相発音面の大きさ／形状と回転中心からの距離等は、変更可能である。ちなみにこの逆位相面３３の大きさは、一切手を加えない場合少なくとも回転方向の投影面積に関する限り正位相面３２と比例することとなる。

そこで、本実施形態の音響用パルセータ３には、逆位相波そのものを発生させないため、一切の反射を生じさせないための音響管が設けられている。そしてこの音響管と逆位相面を音響的に接続する為、開口部が設けられている。具体的には、図２に示す通り、音響用パルセータ３の逆位相面３３には、開口部３４と、その開口部３４に接続された音響管３５とが設けられている。

この音響管３５は、開口部３４とは接合部を介して接続されており、開口部３４との接合部と離間するにしたがって、４本の紡錘型の管が開口部３４の位置から、基盤部３１の外周に沿って重畳的に敷設され、さらに各々中心に向って巻回して構成されている。また、この音響管３５の直線状の長さは、最低再生周波数の波長の１／４となるように構成されている。

なお、本実施形態における音響管３５として、図２の透視図では明確ではないが、図３の平面図に示すように、中心に向って紡錘状に細長い管状を構成することが好ましい。なお、図３（ａ）は、説明の便宜上から紡錘型音響管３５一つを表した図であり、同図（ｂ）は、図２の透視図と同様、４つ重ねた状態を示す平面図である。

また、この紡錘型音響管３５の巻回方法は、上記図３に示すような構成に限らず、例えば、図４の平面図に示すように、ちょうど、三つ巴の家紋のように、配置する構成も可能である。

ここで、紡錘型の音響管３５として、実用上は全くの不要音響輻射を生じない管を作り上げることは種々の制約があり困難が伴う。たとえば、仮想上の逆位相面３３は外部への開口部３４そのものであるが、形状的制約からこの開口部３４との接合部において音響反射を全く生じない紡錘型音響管３５と接続するのは難しい。また、上記のように管を折り曲げる際にも、その折り曲げた箇所において、若干の反射が生じることがある。

そこで、本実施形態においては、これら実用上やむを得ず発生する反射、すなわち逆位相波を吸音するため、吸音部材の周波数依存性及び吸音性能上の観点から、図５の斜線部分に示すように、開口部またはそこに近い内周面に吸音部材３７としてグラスウール等の吸音材を配している。また、この紡錘型音響管３５自体をグラスウール等により構成することも可能である。

〔１−２．作用〕
次に、上記のような基本的な構成からなる音響用パルセータ３の作用を、具体的な実施例を示しつつ説明する。
具体的な実施例として示す音響用パルセータ３は、図１の斜視図または図２の透視図に示すような構成からなり、直径３０ｃｍ、厚さは最大部分で１０ｃｍであり、羽根は４本で各羽根は基盤部３１から正位相面３２の頂点にかけて、３０度〜４５度の傾きをなしている。また、回転端面に於ける基盤部分は３ｃｍである。また、発泡ポリスチレンにより形成し、表面をウレタン系材料でコートすることにより不要な可聴音発生を防いでいる。

個々の逆位相面３３には開口部３４が設けられており、基盤３１部分内に外周から中心に向かって紡錘型音響管３５が接合部を介して開口部３４と接続されている。更に、図５に示すとおり、開口部３４から接合部にかけて吸音部材３７としてグラスウールが配置されている。

この音響用パルセータ３を、定格負荷トルク０．０９８Ｎｍ／７３ｒｐｍの進行波形超音波モータを駆動源１とし、駆動周波数を３５−４０ＫＨｚに於いて音声信号に応じて振幅・駆動周波数変調した駆動入力を駆動入力装置２から投入する。この駆動源１は定格トルクの２倍以上マージンがあり、回転数も最大２００ｒｐｍ程度まで出る。

そこで、基本回転速度をオーディオシステムのボリュームに応じて基本速度を最大１００ｒｐｍまで変化させ、また音声変調の深さも最大基本回転速度の７０％とした。従って、例えば１００ｒｐｍの場合は最高１７０ｒｐｍから最低３０ｒｐｍの範囲で変調がかかっている。

このようにして、図音響用パルセータ３が、一定方向（図２の矢印Ａ方向）に回転すると、正位相面３２が、その近傍にある空気を図中の上方向に押し、空気粒子に加速度を与え、直接変調型気流スピーカから音声入力に応じた音声出力が得られる。この際、垂直に設けられた逆位相面３３も回転方向に対して加減速機能を有するため、空気粒子と衝突し発音面となるが、開口部３４に接続された紡錘型音響管３５により、音響迷路と同様な作用で吸音され、逆位相波は発生しない。一方で、開口部３４と音響管３５との接合部で実用上やむを得ず発生してしまう波に関しては、開口部３４の近傍に配設されたグラスウールからなる吸音部材３７によって吸音されることとなる。特に、波長の長い低音域は、紡錘型音響管３５において吸音され、波長の短い高音域は、紡錘型音響管３５を用いるまでもなく、吸音部材３７によって吸音される。

〔１−３．効果〕
以上のように、本実施形態によれば、音響用パルセータ３の逆位相面３３に開口部３４を設け、さらにこの開口部３４に紡錘型音響管３５を接続することによって、この逆位相面３３を無限小化できる。このため、逆位相面３３が回転方向に対する加減速によって発音面となるのを防止することができ、直接変調型気流スピーカの一重音源化を達成することが可能となる。

また、形状的制約による開口部３４と紡錘型音響管３５との接続の困難性に鑑み、吸音部材３７を、すなわち逆位相波を吸音するため、グラスウールからなる吸音部材３７を開口部３４から紡錘型音響管３５との接合部付近に配置することによって、実用上やむを得ず発生する逆位相波を効率よく吸音することが可能となる。

特に、本実施形態の音声信号が低音領域を中心とするものに鑑みれば、その効果は高い。すなわち、不要反射が発生する位置が開口部から近いと高音の反射が生じ、逆に遠い距離の場合は低音となるが、高音はグラスファイバー等従来の吸音部材で効率良く吸収できる。一方で、低音の吸収には吸音部材の厚さあるいは空間が必要となる。したがって、本実施形態のように、紡錘型音響管３５によって空間を確保すると共に、この紡錘型音響管３５あるいは開口部３４との接合部近傍に吸音部材３７を設けることによって、高音のみならず低音を効率よく吸音することができる。

また、紡錘型音響管３５の長さが、最低再生周波数の波長の１／４で構成されているため、音響迷路と同様な働きにより吸音能力が最低再生周波数まで確保でき、結果として再生帯域全般で逆位相音の発生を防止することが可能となる。

さらに、この開口部３４及び紡錘型音響管３５を設けることにより、波長の長い超低音域での整流性を高めることが可能となるため、従来の直接変調型気流スピーカのように超低音再生において音響用パルセータ寸法を大きくする必要がなくなり、結果としてパルセータそのものの小型化が可能となる。

〔２．第２の実施形態〕
本発明第２の実施形態は、第１の実施形態における音響用パルセータ３の構成に改良を加えたものである。なお、他の構成に関しては、上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。

〔２−１．構成〕
本実施形態の音響用パルセータ３は、図２の透視図あるいは図６の平面図に示すように、第１の実施形態おける紡錘型音響管３５に代えて、より製作の容易な管状閉音響管３６を用いたものである。すなわち、音響用パルセータ３の個々の逆位相面３３には、開口部３４が設けられており、この開口部３４に対して管状閉音響管３６が接合部を介して接続され、開口部３４との接合部と離間するにしたがって、４本の紡錘型の管が開口部３４の位置から、基盤部３１の外周に沿って重畳的に敷設され、さらに各々中心に向って巻回して構成されている。また、この音響管３６の直線状の長さは、最低再生周波数の波長の１／４となるように構成されている。

ここで、この管状閉音響管３６の底部は、上記の紡錘型音響管３５と異なり、その端部が閉塞されているため、当然、この閉塞端部３８が逆位相音発生面となる。しかしながら、本実施形態では、その底部を回転中心部に設置することにより、角加速度を事実上ゼロとして、逆位相波の反射が発生しないようにしている。

ところで、上述の紡錘型音響管３５の場合と同じく現実問題としては音響的反射を皆無にすることは困難である。そこで、管状閉音響管３６の場合も、上記第１の実施形態の場合と同様、図５に示すように、開口部３４またはそれに近い管状閉音響管３６の入り口付近にグラスウール等からなる吸音部材３７を配置している。なお、管状閉音響管３６の構成については、上記同様、それ自体をグラスウール等からなる吸音材で構成することも可能である。

また、管状閉音響管３６の場合も不要な反射、すなわち逆位相波発生を防ぐため、急激な音響インピーダンスの変化を避けたほうが良い。そして、これも第１の実施形態と同様、その長さは最低再生周波数と対応し、その１／４波長によって構成することが望ましい。

〔２−２．作用〕
次に、上記のような基本的な構成からなる音響用パルセータ３の作用を、具体的な実施例を示しつつ説明する。
本実施形態における実施例として示す音響用パルセータ３は、図２に示す基本的構成において、直径６０ｃｍ、厚さは最大で２０ｃｍであり、羽根は４本で、回転端面における基盤部分は５ｃｍである。また、発泡ポリスチレンにより成型し、表面はウレタン仕上げとした。

音響用パルセータ３の個々の逆位相発生面３２は開口部３４となっており、基盤部３１分外周から中心に向かって敷設された管状閉音響管３６は、開口部３４と接合部を介して接続されている。この管状閉音響管３６の底面は、回転中心に配置されている。また、開口部３４から接合部にかけてグラスウールが吸音部材３７として配置されている。

このパルセータを定格トルク０．４３２Ｎｍ／７３ｒｐｍの進行波モータを駆動源とし、第１の例の駆動源と同様の駆動入力装置より音声信号に応じて振幅／駆動周波数変調した駆動入力を投入する。この駆動源も第１の例と同じく２倍以上のマージンがあり、最大回転数は１７０ｒｐｍ以上出る。本例の場合は最大基本回転速度を９０ｒｐｍまでとし、音声変調の深さを同じく７０％までとした。従って最大出力時には、３７ｒｐｍから１５３ｒｐｍまでの変調がかかっている。このように、本構成による音声再生では、上記実施例１に比較して４倍程度の音圧が得られた。

このようにして、音響用パルセータ３が、一定方向に回転すると、正位相面３２が、その近傍にある空気を図中の上方向に押し、空気粒子に加速度を与え、直接変調型気流スピーカから音声入力に応じた音声出力が得られる。この際、垂直に設けられた逆位相面３３も回転方向に対して加減速機能を有するため、空気粒子と衝突し発音面となるが、開口部３４に接続された管状閉音響管３６に吸音され、逆位相波は発生しない。

なお、管状閉音響管３６は、当然のことながら、その端部が閉塞しているため、本来であればこの閉塞部分で反射し逆位相波が生じるのであるが、この閉塞部分が音響用パルセータ３の中心部に設けられているため、当該中心部においては、角加速度が事実上ゼロであるため、この閉塞端部においても逆位相波の反射が発生しない。

また、開口部３４と音響管３６との接合部で実用上やむを得ず発生してしまう波に関しては、開口部３４の近傍に配設されたグラスウールからなる吸音部材３７によって吸音されることとなる。特に、波長の長い低音域は、管状閉音響管３６において吸音され、波長の短い高音域は、管状閉音響管３６を用いるまでもなく、吸音部材３７によって吸音される。

〔２−３．効果〕
以上のような本実施形態によれば、第１の実施形態における紡錘型音響管３５に代えて、製作が容易な管状閉音響管３６を用いることによって、紡錘型音響管を用いる場合と比べてより実用的な音響用パルセータ３を提供することが可能となる。一般的に、この管状閉音響管３６の底部は逆位相音発生面となるため、非発音型の紡錘型音響管３５の代替物として発音型管状閉音響管３６を用いることは不可能であるが、本実施形態においてはこの底部を回転中心部に配置しているため、事実上角加速度をなくすことができ実質上非発音型となる為、これにより逆位相波の反射の発生を防止することができる。

また、上記第１の実施形態の場合と同様、開口部３４またはそれに近い管状閉音響管３６の入り口付近にグラスウールからなる吸音部材３７を配置したため、実用上やむを得ず生じる音響的反射を防止することが可能となる。

特に、上記第１の実施形態同様、本実施形態の音声信号が低音領域を中心とするものに鑑みれば、管状閉音響管３６を設けて空間を確保すると共に、この管状閉音響管３６あるいは開口部３４との接合部近傍に吸音部材３７を設けることによって、高音のみならず低音を効率よく吸音することができるため、その効果は高い。

さらに、上記第１の実施形態同様、開口部３４及び管状閉音響管３６を設けることにより、波長の長い超低音域での整流性を高めることが可能となるため、従来の直接変調型気流スピーカのように超低音再生において音響用パルセータ寸法を大きくする必要がなくなり、結果としてパルセータそのものの小型化が可能となる。

〔３．他の実施形態〕
本発明は、上記のような実施の形態に限定されるものではなく、例えば、次のような実施の形態も含む。すなわち、上述したパルセータ３内部における管状閉音響管３６の巻回方法としては、上記の態様に限られず、図７の透視図に示すように、音響管３６を１本で構成し、最も外周の管に対して、４つの羽根を接続し、順次中心に向って巻回するように構成することも可能である。また、図７では、管状閉音響管３６の態様のみを示しているが、もちろんこれを紡錘型音響管３５によって、同様に巻回して構成することも可能である。

音響設計上、不要輻射を低減するためには上記各実施形態に示したように、各逆位相発生面ごとに個別に音響管を敷設することが望ましい。しかしながら、制作上は、複数の逆位相発生面をまとめて一本の音響管で処理するほうが容易である。ただし、この場合、当然、不要音響輻射は多くなるため、それだけ吸音性能の向上が必要となる。

また、図８（ａ）の底面図に示すように、４本の管状閉音響管３６をそれぞれ中心に向って巻回して構成することも可能である。さらに、図８（ｂ）の底面図に示すように、２本の管状閉音響管３６を平面状に巻回し、これを２段に重ねて構成することも可能である。

また、第１、第２の実施形態における直接変調型気流スピーカを複数配置して構成することも可能である。これにより、上述のようなパルセータの小型化に伴って音圧が低下することに対応して、大音量再生の手段を提供することが可能となる。

具体的には、気流スピーカを複数配置する方法は、大別して以下の３通りある。一つは、一箇所に複数設置し、同じ音声信号で駆動することである。これは、本実施形態の気流スピーカが低音専用である場合、その波長は長いため、音源の物理的広がりによる位相の違いは実用上無視できる程度であり、単純に音量のみが増加することから、実施可能な態様である。このような気流スピーカでは、例えば１０個のスピーカを使用すれば２０ｄＢの音量増加となる。

また、図９に示すように、遅延回路と併用することにより、分散配置する方法もある。この場合も同じく１０個のスピーカを使用すればより均一な音圧分布を持つ再生音場を構成することが可能である。さらに、これらの分散配置されたスピーカ及びセンサーとしてのマイクロフォン等の設置により、音場の残響時間を制御することも可能である。

さらに、複数のスピーカを使用する場合に、同軸上に背中合わせに配置する態様も可能である。これにより、背中合わせに配置されたスピーカが相互に偶力を打ち消しあうことができる。つまり、二重反転式プロペラにおける原理と同様で、お互いに反力を打ち消し合うため不要な反動が最小限となるのである。

実際に、実施例１において示した３０ｃｍ径のスピーカ２台を用意し、進行波モータを背中合わせで且つ同軸上に配置結合した。実施例１ではスピーカの回転面を上にして、モータ部分を台状に置いていたが、作動に伴いモータ部分がスピーカの回転とは逆方向に回転力が生じ、また音声変調に伴う振動も生じた。

なお、本構造では両面に回転部分があるため、モータ部分を手で保持した。その上で実施例１と同じく作動させたところ、音声変調に伴う振動が上記実施例１に比べて大幅に減じていた。

以上のように、パルセータの小型化に伴って音圧が低下することに鑑み、上記の様々な態様にて複数のスピーカを配置することによって、所望の音圧を確保し、大音量再生の手段を提供することが可能である。

本発明の直接変調型気流スピーカにおける音響用パルセータの斜視図。 本発明の直接変調型気流スピーカにおける音響用パルセータの透視図。 本発明の直接変調型気流スピーカにおける音響用パルセータの平面図。 本発明の直接変調型気流スピーカにおける音響用パルセータの他の態様を示す平面図。 本発明の直接変調型気流スピーカにおける音響用パルセータの構成を示す斜視図。 本発明の直接変調型気流スピーカにおける音響用パルセータの平面図。 本発明の直接変調型気流スピーカにおける音響用パルセータの他の態様を示す透視図。 本発明の直接変調型気流スピーカにおける音響用パルセータの他の態様を示す底面図。 本発明の直接変調型気流スピーカの配置例を示す概念図。 本発明の直接変調型気流スピーカの他の実施形態を示す概念図。 従来の直接変調型気流スピーカの全体構成を示す概念図。

符号の説明

１…駆動源
２…駆動入力装置
３…パルセータ
３…音響用パルセータ
４…保護カバー
３１…基盤
３２…正位相面
３３…逆位相面
３４…開口部
３５…紡錘型音響管
３６…管状閉音響管
３７…吸音部材
３８…閉塞端部

Claims (17)

1. 音声信号に応じて駆動信号に変更する駆動入力手段と、
   前記駆動信号に応じて回転変調駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段から回転力を受け、回転する音声発生手段とを備えた直接変調型気流スピーカにおいて、
   前記音声発生手段は、発音面となる正位相波発生面と、この正位相波と非対称的に設けられた逆位相波発生面とを備え、
   前記逆位相波発生面には、開口部が設けられるとともに、当該開口部は逆位相波放出量を音響的に低減させる管へと接続されていることを特徴とする直接変調型気流スピーカ。
2. 前記音声発生手段の少なくとも一部は、発泡性プラスチックまたは発泡性硬質ポリウレタンにより成形したことを特徴とする請求項１記載の直接変調型気流スピーカ
3. 前記開口部には、逆位相放出量を減少させる吸音部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の直接変調型気流スピーカ。
4. 前記管は、紡錘型音響管であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカ。
5. 前記紡錘型音響管は、前記音声発生手段の外周部から中心に向かって巻回して配置されていることを特徴とする請求項４記載の直接変調型気流スピーカ。
6. 前記開口部を含む紡錘型音響管の長さを、最低再生周波数の波長の１／４としたことを特徴とする請求項５記載の直接変調型気流スピーカ。
7. 前記正位相面と前記逆位相発生面とは複数設けられ、
   前記複数の逆位相発生面における各開口部には、共通の紡錘型音響管が接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカ。
8. 前記紡錘型音響管の少なくとも一部は、発泡性プラスチックまたは発泡性硬質ポリウレタンにより成形したことを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカ
9. 前記管は、管状閉音響管で構成され、
   この管状閉音響管は、前記音声発生手段の外周部から中心に向かって巻回して配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカ。
10. 前記開口部を含む管状閉音響管の長さを最低再生周波数の波長の１／４としたことを特徴とする請求項９記載の直接変調型気流スピーカ。
11. 前記正位相面と前記逆位相発生面とは複数設けられ、
    前記複数の逆位相発生面における各開口部には、共通の管状閉音響管が接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカ。
12. 前記管状閉音響管の少なくとも一部は、発泡性プラスチックまたは発泡性硬質ポリウレタンにより成形したことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカ。
13. 請求項２、８又は１２記載の直接変調型気流スピーカにおいて、発泡性プラスチックを使用した場合に、該発泡性プラスチックの表面にガラス転移点の低い素材からなる部材を配したことを特徴とする請求項２、８又は１２記載の直接変調型気流スピーカ。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカを複数設け、
    それらを同一の音声信号により駆動することを特徴とする直接変調型気流スピーカユニット。
15. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカを二重に設け、
    それらを同軸上に反転させて配置したことを特徴とする直接変調型気流スピーカユニット。
16. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカが再生空間内に複数配置され、
    それらを主音源からの音波到達時間に合わせて同一音声信号を再生することを特徴とする直接変調型気流スピーカユニット。
17. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接変調型気流スピーカが再生空間内に複数配置され、
    それらを前記再生空間の低音残響時間を所定の特性に制御することを特徴とする直接変調型気流スピーカユニット。

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