JP4138004B2 - 音響部材と音響処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、極板状の構造を備えた音響部材に関する。
本発明は、少なくとも１つの音場の特性が測定され、その測定結果に基づいて、減衰音が少なくとも１つのアクチュエーターにより生成される音響処理方法に関する。
音響の計量値を確定するため、音圧と粒子速度の双方が既知でなければならない。これらの音圧と粒子速度は、音圧と粒子速度の商である音響インピーダンスを確定するためにも用いられる。有効な制御方法と装置によって音響特性を制御するために、前述の計量値の測定と調整が可能でなければならない。
多孔極板製の静電拡声器を用いて音を発生する方法は周知である。拡声器は極板状の構造を備えているが、その欠点として、極板構造による強い共鳴する傾向が挙げられるほか、さらに構造体の電気的遮蔽にも問題がある。
本発明の目的は、簡単で効果的な音響部材と音響処理方法を提供することにある。
本発明による音響部材は、導電性であるか、もしくは少なくとも一方の側面をメッキして導電性にした少なくとも１つの多孔性固定子極板と、少なくとも１つの導電面を有する少なくとも１つの可動振動板とを包含することを特徴とする。
本発明による方法は、少なくとも２つの双極センサと、少なくとも２つの双極アクチュエーターとをさらに包含し、導電性であるか、もしくは少なくとも一方の側面をメッキして導電性にした少なくとも１つの多孔性固定子極板と、少なくとも１つの導電面を有する少なくとも１つの可動振動板とからなるセンサ及びアクチュエーターが、サンドイッチ構造を構成し、その構造中にセンサ信号が結合されて双極アクチュエーターの動作を制御することにより、音圧と粒子速度を調整して所望の信号値に整合させることを特徴とする。
本発明の基本的な発想は、導電性であるか、もしくはその表面の少なくとも一方をメッキして導電性にした少なくとも１つの多孔性固定子極板と、少なくとも１つの導電面を有する少なくとも１つの誘電可動振動板とから音響部材を構成することである。
別の実施態様による発想は、少なくとも２つの多孔性固定子極板と、この２個の極板の間に位置する１つの可動誘電振動板とから上記要素を構成することである。
さらに別の実施態様による発想は、可動振動板が、エレクトレット振動板として永続的に充電されることである。さらに、同発想は、本発明による部材が、少なくとも２つの双極センサと少なくとも２つの双極アクチュエーターを有するサンドイッチ構造を構成し、この構造にセンサ信号が結合されて、双極アクチュエーターの動作を制御することにより音圧と粒子速度を調整して所望の信号値に整合させることである。
本発明の利点は、音響部材が、簡単な構造を有し、共鳴現象から生じる問題が存在せず、電気的遮蔽が容易なことである。さらに、サンドイッチ構造が、音響の効果的な発生音機能と、測定及び減衰に寄与することである。
本発明を添付図面で、より詳細に説明する。
図１ａは、本発明による装置の一部の略斜視図である。
図１ｂは、切開図１ａによる装置の一部の平面図である。
図１ｃは、図１ａによる装置の一部の側面図である。
図２ａは、本発明による他の装置について一部の略斜視図である。
図２ｂ−２ｄは、図２ａによる装置の選択的な詳細を示す。
図３は、斜視図で示す第３のアクチュエーター部材の略図である。
図４は、斜視図で示す第４のアクチュエーター部材の略図である。
図５−７は、本発明による方法の略図に対する選択肢を示す。
図８−１３は、本発明による部材の選択的幾何学的形状の略図である。
図１は、薄層状構造の互いの上に２個の音響部材１を有する装置を示す。音響部材１は、２個の多孔性導電固定子極板２から構成され、その間に永続的に充電される可動振動板３が配列してある。固定子極板の振動板３に対する表面が僅かに波状のため、極板に接続された可動振動板３とその表面の間に微小な空気の隙間が残り、この空気の微小な隙間によって、振動板３が移動できるようにする。図１ｃで示すように、可動振動板３は２個の離れた振動板で構成され、２個のうち、上部振動板３ａは負の電荷を有し、下部振動板３ｂは正電荷を有する。振動板３ａと３ｂの間に、電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤが形成してある。図１ｂで示すように、電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、指の形状をした電極で、すなわち、電極Ａ、Ｃと、対応するＢ、Ｄが、同じ層の中に交互配置されるように位置付けてある。電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤから、電極の移動に対応する信号が測定されるか、または制御電圧を電極に印加することによって振動板に移動を生じさせることができる。導電性固定子極板は接地されている。音響部材１の間に、例えばガラス繊維板などの受動的な吸音材の中間材４が、ガラス繊維が音響部材の平面に垂直になるように設けてある。
本発明の有利な実施態様は以下によって表わされる。すなわち、図５で示すように、電極Ａからの測定信号が移動生成部材Ｄに係数−Ｐで結合、増幅され、電極Ｂからの測定移動信号が電極Ｃに係数Ｐで結合、増幅されることである。これにより、音圧及び粒子速度の双方に対応する制御を生じて、逆の音場を生成し、かつノイズ減衰の実現中に音場を部材中に伝搬させないように防止する。
図２は、中間材４により互いに接続された４個の同一音響双極部材１を有する装置を示す。固定子極板２は、内部面が蒸着により金属被覆された多孔性プラスチック板で製作される。この金属被覆内部面は、アース接続されている。可動振動板３は、２個のプラスティック振動板３ａと３ｂで作られ、この振動板の間に図２ｄで示すように、制御信号が加えられ、または、そこから測定信号が得られる金属化層が設けてある。この振動板は、また極性の異なる電荷を備えることができるため、図２ｂで示すように外部バイアス電圧源は不要になる。１個の可動振動板３を利用することも可能であり、その場合、図２ｃで示すように、固定子極板２の１個の電極が接地され、その他の電極は信号電極として機能する。また、図２ａの実施態様において、いずれの部材１も、音響測定および音響発生機能の役目を果たしている。
図３は、４個のそれ自体で知られる折り畳み双極部材５ａ−５ｄが相互接続され、要素部材が多孔性層６により被覆された実施態様を示す。この実施態様においても、電極Ａ−Ｄのいずれもセンサ、またはアクチュエーターとして機能する。
図４は、上部面に金属被覆７を有し、頂上に可動振動板３ａを備えた装置を示す。この下に、両側面に金属被膜７を有する固定子極板２が配置してある。可動振動板３ａ、３ｂは、中央部に配置され、導電層をその間に備えている。これらの底部分に関して、装置の電極は上方部分の鏡像である。
図面中で示した上記装置の全てについて、２つの信号の和、例えば、Ａ＋Ｂが音圧に対応し、信号の差Ａ−Ｂが粒子速度に対応するのが通常である。同様に、部材ＣとＤを、共通位相方式で制御することにより、単極アクチュエーターに音圧を生成するように実行させることが可能であり、部材ＣとＤを、異なる位相で制御することにより、双極アクチュエーターに粒子速度を生じさせるように実行させることができる。上述した動作原理は、音響再生器、活性音制御、音響補正、及び有効なノイズ減衰の実現など様々に応用することができる。
最も有効な制御方法を、音響透過率減衰の動作原理を実行するための図５により示す。この方法において、音圧センサが粒子速度アクチュエーターを制御し、かつ粒子速度センサが音圧アクチュエーターを制御する。制御動作原理の実行にあたり、信号Ｂが、アクチュエーターＣの制御信号に対応する係数Ｐで増幅される必要がある。上述の制御方式を実行するためには、センサＡの信号が係数−Ｐにより増幅されなければならない。この制御方式は、逆の方法によっても実行可能である。すなわち、電極Ｄが電極Ａを制御し、電極Ｃが電極Ｂを制御することになる。
図６は、対応する制御原理を示すもので、システムの周波数依存特性が、可変利得増幅器Ｇ１−Ｇ４によって調整される。音声信号がコネクタＡ１とＡ２からシステムに加えられる。
図７は、音響部材の音響インピーダンスが調整される制御方式を図示したものである。音圧と所望のインピーダンスＺ×粒子速度との差が電極Ｃに加えられる。Ｇ２の非常な高利得により、前述の差がゼロに近づいて、音響インピーダンスの式Ｐ＝Ｚ×Ｕをみたす、すなわちＺ＝Ｐ／Ｕとなる。したがって、係数Ｚ１を調整することにより、音響インピーダンスが調整される。係数Ｋを調整することにより、音響部材の逆放射がゼロに調整される。
図８−１３は、音響部材の物理的構造を示す。同構造は、平面、円筒、円錐、または三次元アーチ形面とすることができる。音響部材は、それらの縁に組込み制御電極８を有する複数の音響部材１から構成することができる。添付図面の多くは、音響部材１を全体的に平型として略示しているが、同部材は厚さ方向に対してある程度の次元性を保有する部材である。円筒モジュールと円錐モジュール、及びそれらの組合せは、モジュール製導管内のノイズ吸収と導管壁を通る外部への漏音に対して減衰が有効なため、エアコン・システムのノイズ減衰に特に好適である。平面状部材は、音声信号に従って音を発生し、同時にノイズを吸収することができ、あるいは所望のＺ１値に従って音響インピーダンスを調整することにより、例えば、残響時間の調整が可能となる。モジュールが剛性であるため、これらのモジュール類は耐荷力構造として用いられる。表面層は、電気的及び機械的な遮蔽物として役立ち、所望によって着色やパターン化することもできる。白色の表面は、反射されるべき絵画の背景として用いられる。
音響部材に関連する図面や記述は、本発明の発想を説明することだけを目的とするものである。本発明は、請求の範囲で詳細においては変化させてもよい。モジュールが音響を受動的に吸収する各要素部材も含有しているため、これらのモジュール類は、音響スペクトル全体にわたり、音響の減衰や吸音用として用いられるが、システム内の有効で電子的に実行される部分は０−１ｋＨｚの周波数の範囲内で最も良く機能する。したがって、制御システムの基準より外れた高い周波数を濾過することは価値がある。本発明の最も簡単な実施例は、内面中に多孔性金属蒸着極板を有し極板の表面内に配置した可動振動板を備える部材である。このような音響部材も現れることになろう。多孔性固定子極板がそれ自体で高い周波数を減衰させ、有害な音響反響を阻止することは注目すべきである。本発明によるいくつかの減衰部材を互いの上に配置して効率を増すことができる。鏡像として向かい合うように配置された２つの部材を有する壁構造が最も有利である。

Claims (9)

1. 導電性であるか、もしくは少なくとも一方の側面をメッキして導電性にした第１及び第２の多孔性固定子極板と、少なくとも１つの導電面を有する少なくとも１つの可動振動板とから構成され、
   前記多孔性固定子極板のそれぞれは、前記可動振動板に対向する対向面であって、波状表面パターンに形成された対向面を含み、
   前記第１及び第２の多孔性固定子極板は、それらの対向面が、前記可動振動板と前記多孔性固定子極板の間に空気の隙間が形成されるように、前記可動振動板の反対側に対称に配置され、
   前記可動振動板は２個の振動板からなり、該２個の振動板の間に２個の指状電極を１つの層中に設けるようにし、
   前記可動振動板は前記第１及び第２の多孔性固定子極板のそれぞれに対して対称に、接離方向に移動できるように配置されること
   を特徴とする極板状の構造を有する音響部材。
2. 前記可動振動板が、エレクトレット振動板として、永続的に充電されることを特徴とする請求項１に記載の音響部材。
3. 互いの上に積み重ねた構造に配列された、請求項１記載の音響部材の２個以上を有する音響部材装置。
4. 前記互いの上に配列された音響部材の問に、ノイズを受動的に吸収する多孔性中間材が設けてあることを特徴とする請求項３記載の音響部材装置。
5. 前記振動板は、前記空気の隙間に関し、音を発生するのに自由に移動できるようになされたことを特徴とする請求項１記載の音響部材。
6. 音圧と粒子速度を含む音揚の特性のうち少なくとも１つの特性が測定され、この測定結果に基づいて、減衰音が少なくとも１つのアクチュエーターによって生成される音響処理方法であって、
   少なくとも２つの双極センサと、少なくとも２つの双極アクチュエーターとが設けられ、
   前記双極センサまたは前記双極アクチュエーターは、導電性であるか、もしくは少なくともその側面の一方をメッキして導電性にした少なくとも１つの多孔性固定子極板と、少なくとも１つの導電面を有する少なくとも１つの可動振動板とから構成され、
   前記多孔性固定子極板及び前記可動振動板は積み重ね構造を構成し、
   この構造は、前配双極センサの各センサ信号を結合させて、前記双極アクチュエーターの動作を制御することにより、上記減衰音の音圧と粒子速度を所望の信号値に整合させるために調整するものであり、
   前記少なくとも２つの双極センサには、センサとして役立つ第１及び第２の電極が備えられ、前記少なくとも２つの双極アクチュエーターには、音圧又は粒子速度のアクチュエーターとして役立つ第３及び第４の電極が備えられ、
   前記センサとして役立つ第１電極は、そのセンサ信号に係数−Ｐが掛け合わせられて前記音圧又は粒子速度のアクチュエーターとして役立つ第２電極を制御し、前記センサとして役立つ第３電極は、そのセンサ信号に係数Ｐが掛け合わせられて前記音圧又は粒子速度のアクチュエーターとして役立つ第４電極を制御することを特徴とする音響処理方法。
7. 前記音圧に対応する信号はセンサ信号の和から生成され、前記粒子速度に対応する信号は前記アクチュエーターの動作を調整する諸信号の差から生成されることを特徴とする請求項６記載の音響処理方法。
8. 音圧と粒子速度を含む音場の特性のうち少なくとも１つの特性が測定され、この測定結果に基づいて、減哀音が少なくとも１つのアクチュエーターによって生成される音響処理方法であって、
   少なくとも２つの双極センサと、少なくとも２つの双極アクチュエーターとが設けられ、
   前記双極センサまたは前記双極アクチュエーターは、導電性であるか、もしくは少なくともその側面の一方をメッキして導電性にした少なくとも１つの多孔性固定子極板と、少なくとも１つの導電面を有する少なくとも１つの可動振動板とから構成され、
   前記多孔性固定子極板及び前記可動振動板は積み重ね構造を構成し、
   この構造は、前記双極センサの各センサ信号を結合させて前記音場の音圧と粒子速度に対応する信号を生成し、生成した信号により前記双極アクチュエーターの動作を制御することにより、上記減哀音の音圧と粒子速度を所望の信号値に整合させために調整するものであり、
   前記粒子速度に対応する信号とインピーダンス制御係数Ｚ１との積を生成し、この積から音圧に対応する信号を引き算した差を生成し、この差を利得係数（Ｇ２）だけ増幅した信号を前記双極アクチュニーターに入力することにより、前記双極アクチュエーターの動作を制御することを特徴とする音響処理方法。
9. 前記双極アクチュエーターの間で、受動的に吸音する多孔性中間材により、音響が減衰されることを特徴とする請求項８記載の音饗処理方法。

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