JP4072869B2 - 音響リフレクタ - Google Patents

Description

本発明は、音響リフレクタに関するものであり、特には、変換器に結合した場合に、歪みが殆どないか或いはないように、広範囲なスペクトルの周波数に亘って音を広範囲に分散できるリフレクタに関するものである。
直接空気に放射する音響変換器には、数個の根本的な設計に関する問題がある。最も重要な問題は、これらの音響変換器が全ての周波数の音波を全方向に等しく放射しないことである。この音の分散が不規則であるという問題を解決する為の試みには、複数の変換器と拡散リフレクタとを利用した層状のアレイが含まれる。層状のアレイによって、一方向のコヒーレンスを他方向の層コヒーレンスの損失に対して順番に維持する。拡散リフレクタの場合には、音波を幅広く分散させる機能によって全層のコヒーレンスが失なわれる。
もう一つの問題は、このような変換器用の装着プレート即ちバッフルによって、破壊的な干渉パターン及び変換器出力の歪みを引き起こす反射が生じる恐れがあることである。変換器のとその装着表面の間の干渉効果の問題を解決する試みとしては、変換器に結合したホーンを用いると共に、干渉パターンが殆ど生ずることなく変換器を空気に結合するように装着面を形状形成することが用いられている。このホーンにより、この目的は広範囲に亘る分散を犠牲にして達成される。輪郭が描かれた装着表面は干渉効果を低下させるが分散を改良することはない。
一つの解決策では、放物線或いは放物面の焦点に配置され且つ放物面に向かって指向された変換器を含ませ、これにより平行な反射音波が得られる。このようにして、変換器が楕円の焦点に配置される場合には、楕円の内側表面で反射された音波は、楕円のもう一つの焦点に向かって指向される。
楕円形状のリフレクタの実施例は、１９８６年１２月１６日にフェラーリに与えられた米国特許明細書第４６２９０３０号において開示されている。フェラーリの特許においては、単一の焦点を共有する２つの楕円形状が開示されている。この２つの楕円形状は、実際には、一般的なトロイド形状を形成する回転面である。この場合にはこのリフレクタは一般的なトロイド形状の半分である。好適に位置決めされた変換器は、半楕円形状の他の焦点に配置される。しかしながら、フェラーリの特許においては、トロイド形状の一方の側にある変換器からの反射波の不所望な干渉がトロイドの第２の側から反射するのを回避する為にはバッフルを使用することが必要である。更には、フェラーリの特許に記載されているようなバッフリングにより、更なる歪みを誘因する共振空洞が生じてしまう。従って、周波数に対して本質的には不変のバンドを必要とする場合、フェラーリの特許は自身の目的を遂行する為にリフレクタをバッフリングすることにより相当の出力パワーを失うに違いなく、実際には音波干渉により忠実度が失われる。
本発明の目的は、単一の楕円により成る回転面を基とする幾何学的な形状を提供することにあり、これにより以前の装置の欠陥を克服し、全周波数範囲に亘って比較的均一なレスポンスを達成する。
本発明の更にもう一つの目的は、出力信号に対する音波干渉を克服する為にバッフリングを必要としない音響リフレクタを提供することにある。
本発明の更にもう一つの目的は、リフレクタに対して何処に位置していても、全反射エネルギーがユーザに向かって指向される、高効率の音響反射面を提供することにある。
本発明は、楕円の焦点の一つを通る線Ｌに関して約１８０°に亘って楕円を回転させて得られる回転面によって形成された音響リフレクタを含むものである。この線Ｌが、楕円の主軸線と鋭角に交差すると共に、線Ｌは点Ｐで楕円と交差する。回転表面は平面Ｔによって一端で境界を成し、線Ｌに対して垂直である。この表面は第２表面Ｓによってその他端で境界を成し、点Ｒで線Ｌに対しても垂直である。この点Ｒは線Ｌ上の一方の焦点から延在し且つ点Ｐを通る線Ｌと一致する光線上に存在する。この点Ｒは楕円の外側にある。この表面は平面Ｔに対して垂直な平面Ｓによりその両側で境界を成す。
【図面の簡単な説明】
図１は、反射表面の斜視図であり、
図２は、反射表面の側面図であり、
図３は、反射表面の前面図であり、
図４は、反射表面の頂上図である。
図２Ａは、図４の線２Ａ−２Ａで切って見て楕円の出現を示した反射表面の断面図である。
図２Ｂは、出現した楕円の焦点の一つに配置した変換器を含む、図２Ａに示したものと同じ断面図である。
図５は、反射表面と生じた楕円との関係を線図的に示したものである。
図６は、ある周波数範囲に亘って反射表面のレスポンスをデシベルで示したグラフである。
図７は、図５の変形例を示した他の実施例である。
好適な実施例の詳細な説明
図１には、反射面１０を示した。反射面１０を、図２Ａ及び図５に最も良好に記載されているように形成する。楕円１２を、楕円の一方の焦点Ｆ₁を通る線Ｌが楕円１２の主軸Ａと角度αで交差するように配置する。この線Ｌは、点Ｐで楕円１２の境界線と交差する。焦点Ｆ₁から線Ｌと完全に一致して延在する光線Ｍを、点Ｐを介して楕円の外方に少なくとも点Ｒまで到達させる。図５によれば、楕円１２を線Ｌに関してほぼ１８０°回転させる。このような回転によって回転面１０を形成する。この面１０を、線Ｌに垂直で焦点Ｆ₁又はその付近で線Ｌと交差する平面Ｔにより更に規定する。線Ｌに垂直で点Ｒで線Ｌと交差する第２平面Ｂにより面１０の下側境界を形成する。面１０の両側を、平面Ｔに垂直で線Ｌから外側に一方向に延在する平面Ｓ₁により決定する。この平面Ｓ₁は、図５の曲線１６と１８とを交差させることにより規定されるようにこの面の一方の側を形成する。第２の表面Ｓ₂は、通常は平面Ｓ₁から反対の方向に線Ｌから外側に向けて延在し、楕円曲線２０と２２とを交差させることにより規定される第２の側を形成する。
この表面は、以下のように規定し得る。
図１を参照するに、立体形状５０は一方の側に面１０を有する。点Ｐの上方の面１０は楕円１２を回転することにより形成される楕円トロイドの内面となり、点Ｐの下側の面１０は楕円１２を回転することにより形成されるトロイドの内面となる。
この立体形状面５０は、平面Ｔ、平坦な基部Ｂ’及び背面５２により規定された頂部をも有する。一対の側方パネルＳ₁及びＳ₂は前側面の残部を規定する。一対の側方壁５４及び５６は、側方パネルＳ₁及びＳ₂を、各々背表面５２に連結する。
平面Ｔと回転表面との交点を円形曲線２４により規定するとともに、平面Ｂと回転表面との交点を平面Ｂ内の円形曲線２５により規定する。曲線２０及びその延長上の曲線１８が、楕円のセグメントを形成し、曲線１６及び２２が楕円のセグメントを形成する。楕円の部分を形成することが判明した。平面Ｓ₁及びＳ₂を単一の平面とすることができ、これによって回転面を形成する楕円が１８０°だけ回転することを示す。このようにして、角度βで交差する平面Ｓ₁及びＳ₂は、１８０°よりも幾分小さい角か或いは１８０°よりも幾分大きな角度で交差することができる。この角βは、反射面の動作を低下させることなくほぼ１４０°から２２０°まで変化できることが判明した。
図２Ａによれば、回転面を基とする楕円１２は、好適には、長軸Ａが線Ｌに対して４０°を成し、即ち、角αがほぼ４０°に等しくなるように配向する。この角は、この楕円を、短軸Ｂに対する長軸Ａの比が１．５：１となるようにも形成する。この比は、このリフレクタの特性を劣化させることなく約１．２５：１から約３．００：１まで変化することができる。
図２Ｂによれば、いかなる好適な装置の形態とすることもできる変換器３０は、その方向がほぼ楕円に向くように焦点Ｆ₁に配置する。楕円の面に対して変換器の角度を変えることにより、垂直方向のレスポンスが変化する。この際、変換器３０から放出する音波は、図２Ｂに最も良好に示したように、面１０で反射し、楕円の第２の焦点Ｆ₂を通過する。明らかなように、第２の焦点Ｆ₂を介して反射して戻る音波は、Ｆ₂の曲線で収束し、次にこれらの点からほぼ均一に外側に向かって発散する。図２に示したように、反射面１０の特性は、反射した音波が図２Ｂに示した構造の角度指向によって幅広く分散することである（図２Ｂに示した構造は、変換器３０が図示されたように配置できるような付加的な拡がり部分３６を有する。）。
或いは又、焦点Ｆ₁が同じであるが、短軸に対する長軸の比が異なる第２の楕円１２’を存在させることができる。この楕円は同じ第２の焦点Ｆ₂を有することもでき、或いはそうでない場合もあり得る。それ故に、この点Ｐより上方の部分は、図１により明らかなように、点Ｐの下方の部分とは異なる。図７に示した更にもう一つの条件において、図１に示したような曲線２０及び１６は、点Ｐよりも上方の凹形部分が点Ｐの下方の角β’よりも大きな角β″を有するようにＳ₁及びＳ₂以外の平面Ｓ₁’及びＳ₂″により規定することができる。これらの条件は図７に最も良好に示した。
使用に際して、音響リフレクタは、上述して明らかにした原理により動作する。特に、変換器３０を、焦点Ｆ₁に配置して作動するので、回りの空気中に生じる音波は反射面１０に向かって指向される。楕円の特性により、楕円上の任意の点Ｃから第２の焦点Ｆ₂までの距離を加えた、焦点Ｆ₁から楕円上の任意の点Ｃまでの距離は、一定であって、又楕円の長軸の長さに等しい。その結果、変換器３０から１点として同時に放出された面１０で反射し、第２の焦点Ｆ₂を通過する全ての音波は、同じ距離を移動して同位相で焦点Ｆ₂に到達する。本発明においては、変換器からリスナに直接伝藩する音波が、先行技術の場合のように反射音と干渉することはないが、むしろ反射音によりほぼ同位相で付加されることが判明した。これにより生じたレスポンスは良好に動作し、先行技術の装置においては明らかである櫛型ろ波の効果はない。従って、焦点Ｆ₂での音波の干渉による変質或いはパワー損失はない。その結果、この表面からの反射音の忠実度は、先行技術により設計された表面よりも著しく高い。
図６は、記載したばかりの２つの反射表面のレスポンスのグラフである。このグラフは、４００乃至２００００Ｈｚの周波数に対する音圧レベル〔デシベル（ｙ軸方向）〕のプロットである。これにより明らかなように、レスポンスは４００乃至約１６００Ｈｚまでほぼ一定である。
本発明は、好適な実施例を記載すると共に、本発明を限定する添付した請求項にのみ限定される。

Claims (14)

1. 楕円の一方の焦点Ｆ₁を通る線Ｌに関してほぼ１８０°に亘りこの楕円を回転させることによって形成した回転面を有する音響リフレクタであって、前記線Ｌが前記楕円の長軸Ａと角度αで交差し、前記線Ｌが前記楕円と点Ｐで交差し、前記回転面に対して、互いに平行かつ互いに離間した１対の平面Ｔ及び平面Ｂによって上側及び下側に境界を形成し、前記平面Ｔが、前記平面Ｔに垂直な線Ｌと焦点Ｆ ₁ 付近で交差し、前記平面Ｂが、前記平面Ｂに垂直な前記線Ｌと点Ｒで交差し、前記点Ｒが、前記焦点Ｆ ₁ から延在して前記点Ｐを通過する線Ｌに一致するライン上に存在し、前記点Ｒが前記楕円の外側に位置し、ほぼ１８０°に亘る前記楕円の回転が、第１の平面Ｓ ₁ から開始するとともに第２の平面Ｓ ₂ で終了し、前記第１の平面Ｓ ₁ 及び前記第２の平面Ｓ ₂ によってこれら平面の交差部分で線Ｌと一致する線を形成し、前記平面Ｓ₁及びＳ₂が角度βで交差する音響リフレクタ。
2. 前記角度αを２０°と６０°との間に存在させたことを特徴とする請求項１に記載の音響リフレクタ。
3. 前記角度βを１４０°と２２０°との間に存在させたことを特徴とする請求項１に記載の音響リフレクタ。
4. 前記角度αを３０°と６０°との間に存在させ、前記角度βを１４０°と２２０°との間に存在させたことを特徴とする請求項１に記載の音響リフレクタ。
5. 請求項１に記載の音響リフレクタにおいて、送波変換器がＦ₁に配置されている音響リフレクタ。
6. 平坦な基部、頂部、及び前記基部を頂部に連結する背面を有する立体構造部材と、前記背面から離間するとともに前記頂部まで続く反射面とを具え、前記反射面が軸線を中心にして回転した楕円の回転面として形成され、この楕円が第１及び第２の焦点を有し、前記軸線が楕円の第１の焦点を通過し、この軸線の前記平坦な基部と直交すると共に楕円体と点Ｐにおいて交差し、前記楕円体の長軸が前記回転軸線と鋭角で交差し、前記第２の焦点が前記基部に配置されると共に第１の焦点は前記基部から離間し、前記反射面が点Ｐの上側の回転面の外側に位置すると共に点Ｐの下側の楕円回転面の外側に位置する音響リフレクタ。
7. 請求項６に記載の変換器リフレクタであって、前記背面にほぼ平行であり且つ回転軸線を含む平面により各々形成されて点Ｐを通る第１及び第２の側方パネルを更に含む当該変換器リフレクタ。
8. 線Ｐを通る平面により形成された第１及び第２の平坦な側方パネルを更に含み、前記回転軸線が前記平面内にあることを特徴とする請求項６に記載の変換器リフレクタ。
9. 請求項７に記載の変換器リフレクタであって、前記第１及び第２の側方パネルを前記背面に接続する側方壁を更に含むことを特徴とする当該変換器リフレクタ。
10. 前記第１の焦点に配置された変換器を含むことを特徴とする請求項６に記載の変換器リフレクタ。
11. 音波を発生する変換器を前記第１の焦点に配置したことを特徴とする請求項６に記載の音響リフレクタ。
12. 楕円の前記長軸と回転軸線とが交差する角度が２０°と６０°との間にあることを特徴とする請求項６に記載の音響リフレクタ。
13. 第１及び第２の側方パネルが１６０°と２２０°との間の角度を成して回転軸線で交差することを特徴とする請求項８に記載の音響リフレクタ。
14. 請求項８に記載の音響リフレクタであって、線Ｐを通る平面により形成された第３及び第４の平坦な側方パネルを更に含み、前記回転軸線が前記平面内に存在し、前記第１及び第２の側方パネルにより点Ｐの上方に反射面を規定し、前記第３及び第４の側方パネルにより点Ｐの下方に反射面を規定する、当該音響リフレクタ。

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