JP4320440B2 - アコースティック・トランスデューサ - Google Patents

Description

本発明は、アコースティック・トランスデューサに係る。このアコースティック・トランスデューサは、音響中心を発生させるための少なくとも一つの音源、及び前記音響中心によって発生された音を導くための所定の構造を備えたアコースティック・トランスデューサであって、当該アコースティック・トランスデューサは、固定壁に固定できるものである。

図１に、従来から知られているトランスデューサ２を示す。ここで、この既知のトランスデューサ２は、従来から知られている方法で取り付けられている。この既知のトランスデューサ２は、圧縮ドライバ及びホーン（両者とも図示せず）から構成されていて、それらは、先行技術によれば、電気信号を音響波面に変換し、それを周囲に伝播させる。この既知のトランスデューサは、しかしながら、従来から知られている他のトランスデユーサ（例えば、コーン型のラウドスピーカ）であっても良い。

もし、そのような既知のトランスデューサ２（音響信号を再生するために適したもの）が、固定壁、即ち、音響反射面５からある程度離れた位置に取り付けられているとすると、放射された音響エネルギーの一部は、この既知のトランスデューサ２から、直接、音響反射面５に到達して、音響反射面５で反射される。そのような反射は、一次反射と名付けられている。このことは、オブザーバ１が、既知のトランスデューサ２から直接到達する音と、音響反射面５で反射されて到達する音の、双方を聞くことを意味する。この直接音及び反射音は、既知のトランスデューサ２から出てオブザーバ１に到達するまでに異なった距離を移動することになり、その結果、オブザーバ１の位置で直接音と反射音の間に位相差が生ずる。

この位相差は、リスニング面における位置依存性有害干渉（location-dependent destructive interference）をもたらし、リスニング面において音質を劣化させることがある。この現象は、反射の代わりに、音響反射面５の反対側で音源と同じ距離だけ離れた位置に仮想音源３を配置することによって、モデル化することができる。この仮想音源３は、反射音に対応する音源として規定するができる。

このような有害干渉の発生は、特に、既知のトランスデューサ２が比較的低い位に取り付けられ場合に、且つ音響的に硬い環境に取り付けられている場合に問題になる。即ち、トンネルや立体駐車場などのような、壁がコンクリートまたは固いプレートで構成され、壁が音を良く反射し易い場合に問題になる。

本発明の目的は、壁に適切な方法で固定することによって一次干渉を防止することが可能で、リスニング面における有害干渉を大幅に減少させることが可能なトランスデューサを提供することにある。

この目的のため、本発明は、請求項１の前提部に記載されたタイプのトランスデューサにおいて、前記アコースティック・トランスデューサが固定壁に固定されているとき、動作の際に、発生された音が前記所定の構造によって、固定壁（５）上の位置にある変位音響中心（displaced acoustic centre）に移されるように、前記所定の構造がデザインされていることを特徴とする。

次に、本発明について、図面を用いて説明する。但し、これらの図面は、単に例として挙げたものに過ぎず、いかなる場合にも、本発明の技術的範囲を制限するものでない。本発明の技術的範囲は、添付されたクレームによってのみ定められる。

以下において明らかになるように、下記の実施形態は、単に例として挙げたものに過ぎず、本発明の意義を制限するものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、様々な変更あるいは変形が可能である。

図２には、オブザーバ１が示されている。このオブザーバ１は、音響反射面５の直ぐ近くに取り付けられている本発明に基づくトランスデューサ１０から発せられた音を聞く。

ここで、その音は、言葉によるメッセージ、警告信号、音楽またはその他の音響信号のいずれであっても良い。

トランスデューサ１０は、音響中心（acoustic centre）が音響反射面５内に位置しているように構成されていて、その結果、その音響中心が、オブザーバ１にとっては、音が発せられているようにみなされる点（または点のセット）と認識されるようになっている。このようにして、オブザーバ１は、トランスデューサ１０から直接送られる音のみを聞くことになる。このようにして、リスニング面における有害干渉が防止され、このことは、トランスデューサ１０で再生された音をより良く検知することを可能にする。

図３ａに、トランスデューサ１０の好ましい実施形態を示す。このトランスデューサ１０は、圧縮ドライバ１１、ネック型のトランジション１２及びホーン１３から構成されている。更に、トランスデューサ１０は、フランジ１４及び取り外し可能なホーンマウス１５を有している。圧縮ドライバ１１は、ネック型のトランジション１２に接続され、そして、ネック型のトランジション１２は、音響信号を伝達するためのホーン１３に接続されている。ネック型のトランジション１２とホーン１３の間の接続の位置に僅かなキンク１７がある。トランスデューサ１０は、音響反射面５へ固定するための取付面６を有している。

図３ｂに、図３ａの底面図を示す。ホーン１３の両側壁間の水平面内の角度は、角度３０として示されている。

図３ａの中には、切断線 IIIC−IIIC が示されている。この切断線によるトランスデューサ１０の断面は、図３ｃに示されているように、矩形であって、この矩形は、ネック型のトランジション１２から離れる方向に向かって次第に拡大している。

図４に、図３ａ及び３ｂのトランスデューサ１０の一部分を別の視点から見た図を示す。この図の中には、圧縮ドライバ１１及びネック型のトランジション１２のみが示されている。圧縮ドライバ１１の出口１８及びネック型のトランジション１２の出口１９も、この図の中に示されている。

圧縮ドライバ１１は、例えば、電気的な入力信号を音響波面（acoustic wave front）に変換するように構成された電気力学的なラウドスピーカである。電気的な入力信号の入力部は図示されていないが、入力のやり方については当業者に知られている。

圧縮ドライバ１１には、例えば、出力８０ワットで、直径５．０８ｃｍの出口１８を有する圧縮ドライバ１１である。この圧縮ドライバ１１は、ここに示された実施形態では、低強度の円形のフラットな波面を発生させ、圧縮ドライバ１１の出口１８では、かなり高い圧力を発生させる。当業者に知られているように、一次ハイパス・フィルタ（図示せず）を、圧縮ドライバ１１の動作レンジを超えて圧縮ドライバ１１に供給されるパワーを制限するために使用することが可能である。同様に、当業者に知られているように、より高次のパス・フィルタを使用することも可能である。

しかしながら、従来技術で知られているその他の圧縮ドライバ１１を使用することも可能である。

このネック型のトランジション１２の機能は、図４に示されているように、圧縮ドライバ１１から発せられた波面をホーン１３の形状に対応する形状に変形することである。圧縮ドライバ１１は音響中心を発生させる。

ここに説明され示された例では、圧縮ドライバ１１の出口１８における円形の波面は、音響中心から発せられ、第一の方向の短辺が典型的には２．５ｃｍ、第一の方向に対して垂直な第二の方向の長辺が約１６ｃｍの矩形の波面に変形される。使用の際、通常、第一の方向は縦方向であり、第二の方向は水平方向である。しかしながら、その他の方向であっても良い。使用目的や設計上の要求その他に応じて、他の方向を用いることができる。

ネック型のトランジション１２の形状は、音響中心が、圧縮ドライバ１１の出口１８からネック型のトランジション１２の出口１９に位置する変位音響中心へ移されるように構成される。即ち、ネック型のトランジション１２は、音響反射面５に固定されたとき、その出口１９が音響反射面５に接するように配置されている。このケースでは、直接音と反射音が一致するので、聞き手１の位置で互いに干渉し合って有害な結果を生ずることがない。言い換えれば、音響中心の位置が反射面５上に移されることになる。

ネック型のトランジション１２の出口１９は、ホーン１３の開始部に合体する。図３ａから分かるように、この位置で波面は僅かなキンク１７を作る。使用される音の周波数によって、このキンク１７は、音の再生に対して影響を与えることも、与えないこともある。波長がネック型のトランジション１２の第一の寸法よりも大きい周波数の場合には、このキンクは影響を与えない。ここで、例として説明したケースでは、ネック型のトランジション１２の第一の寸法は、ホーン１３の位置で２．５ｃｍである。このことは、上記のキンク１７は、約１３，０００Hｚ以下の周波数の場合には何も影響を与えないことを意味する。これらの相対的に低い周波数の場合には、ネック型のトランジション１２の出口１９は、音響反射面５に位置するライン状の音源として振舞う。

ネック型のトランジション１２の第二の寸法は、ネック型のトランジション１２がホーン１３に緊密につながるように定められる。

ホーン１３は、当業者に知られているように、ホーン１３についての要求に応じて、様々な形状を取ることができる。ホーン１３の形状は、固定面５に移された音響中心について、音響信号の周波数の関数としての放射の特性及び音響インピーダンスの双方を決定する。

様々な形状のホーン１３が、従来技術において知られている。

図３ａ及び３ｂの中で、矩形の前方断面 IIIC−IIIC を有するホーン１３が示されている。この矩形の前方断面 IIIC−IIIC の面積は、ホーン１３の出口方向に向かって指数関数的に増大する。この形状は、最もフラットな音響インピーダンス・カーブを与えることが知られている。このデザインの場合の縦方向の開口角度の代表的な数値は、周波数２５０Hｚの音響信号に対して４０°であり、周波数１０００Hｚの音響信号に対して１５°である。

これらの数値は、音源の周りでの縦方向の円弧に沿って、特定の周波数の音に対する音の強さのカーブを決定し、音の強さの値がそのラインセクション上での最大値と比べて６ｄＢ弱くなる前記円弧上のラインセクションに関係する角度を決定することによって得られる。

リスニング面での音圧の分布を最適化するため、図３ａ及び３ｂに示されたケースのように、トランスデューサ１０から比較的近い位置に、音響反射面５に対して傾斜させた角度でホーンマウス１５を配置することができる。

ここで説明したホーン１３は、矩形の前方断面 IIIC−IIIC を有しているので、水平方向の放射特性は、ホーン１３の両側壁の間の角度３０で決定される。しかしながら、このことは、波長がホーンマウス１５の寸法より短い周波数の場合にのみに当てはまる。

もし、トランスデューサ１０が、例えば、道路トンネルの中で使用される場合、トンネルの縦方向の側壁などでの反射を減らして、全ての音響エネルギーを比較的狭い帯状領域の中に結束するため、角度３０を小さく保つことが推奨される。

図３ａ及び３ｂに示された好ましい実施形態では、角度３０は３６°であるが、下記の値が、水平面内での開口角度についての代表的な値として見出された：２５０Hｚの音響信号に対しては６０°１０００Hｚの音響信号に対しては２６°。

これらの数値は、音源の周りでの縦方向の円弧に沿って、特定の周波数の音に対する音の強さのカーブを決定し、音の強さの値がそのラインセクション上での最大値と比べて６ｄＢ弱くなる前記円弧上のラインセクションに関係する角度を決定することによって得られる。

取付面６は、音響反射面５に面して取り付けられたホーン１３の一部である。この取付面６に、音響反射面５上の目標位置にトランスデューサ１０を固定するための固定手段を設けることができる。

ホーン１３の端部は、フランジ１４からなり、そこにホーンマウス１５を固定することができる。このことは、ホーンの出口の前に細かいメッシュの鋼製の網を取り付けることを可能にする。この網は、例えば、高圧クリーニングの際の水などの浸入や、その他の障害要因に対する保護として機能する。

もし、トランスデューサ１０が、道路トンネルまたは立体駐車場の天井で使用される場合、車両の衝突によりダメージを受ける危険がある。取り外し可能なホーンマウス１５を備えた構造を採用することによって、その場合のダメージをホーンマウス１５のみに限定することができる。その結果、トランスデューサ１０の全てを交換する代わりに、ホーンマウス１５のみを交換すれば済むことになる。

また、ホーンマウス１５を省略して、縦方向の寸法が小さいトランスデューサ１０とすることもできる。これも、道路トンネルまたは立体駐車場の場合に有効である。

上記のトランスデューサ１０は、構造が軽量であると言う更なる利点を備えている。このことは、道路トンネルまたは立体駐車場などで反射面に取り付けて使用する場合に、明らに有利である。ここで説明したトランスデューサ１０の実施形態の高さについての代表的な寸法は、３２ｃｍである。

本発明に基づくラウドスピーカにおいて、圧縮ドライバ１１に、オプションとして、マッチング・トランスフォーマを接続することができる。これを用いることによって、トランスデューサ１０を、簡単に、利用可能な入力信号（例えば、広く使用されている１００ボルトの設備）に適合させることができる
圧縮ドライバ１１には、キャップを被せることができる。このキャップは、オプションとして、マッチング・トランスフォーマを取り付けるためのスペースを作り出すこともできる。

ホーン１３は、ポリエステルで作ることができるが、例えばポリウレタンのようなその他のプラスチックや、鋼やアルミニウムなどのような金属で作ることもできる。

トランスデューサ１０はまた、木、コンクリートまたはこの目的に適した他の材料で作ることができる。また、ホーン１３を音響反射面５の構造の中に組み込むことも可能である。このようにすれば、ネック型のトランジション１２、圧縮ドライバ１１及びその他のコンポーネントを固定するためのスペースを残すことができる。

材料は、サンドイッチされた複合材料であっても良く、あるいは、何らかの他の方法で剛性を増大させ、共鳴を吸収するようにしても良い。使用される材料は、好ましくは、難燃性である。

以上で説明をしたトランスデューサ１０の試験結果によれば、このトランスデューサ１０が実現できる優れた性能が明確に示された。この試験は、ＲＴ６０タイム（RT60 time）が６秒以上の部屋で行われた。ここで、ＲＴ６０タイムは、音の強度が６０ｄＢ減少するのに要する時間として定義され、音源が切られた時点から測った時間で表される。

これらの試験により示されたことによれば：トランスデューサ１０は、約１００ｄＢ（Ａ）の実質的に一定の音圧を発生させることが可能であり、トランスデューサ１０は、特有のバックグラウンド・ノイズ・レベルで、７５メータの距離まで、０．５５以上のスピーチ伝達指数を有している。上記のスピーチ伝達指数は、当業者に知られた方法により決定される。

更に、このトランスデューサ１０は、指向性にも優れている。ここで、指向性という用語は、トランスデューサ１０の指す方向にあるポイントで測定した音圧と、トランスデューサ１０があたかも完全に全方向の音を発すると仮定した場合におけるそのポイントでの音圧の比を意味している。

更に、トランスデューサ１０は、５０ワットの入力パワーを使用したとき、ホーン１３から１メートルの距離で、１３６ｄBの非常に高いイールドを有している
もし、本発明が、トンネル内で使用された場合、反射は、トランスデューサ１０が取り付けられている壁以外の壁、特に、トンネルの側壁でも生ずる。これらのトンネルの側壁での反射は、先に述べたように、ホーン１３の角度３０を変えることによって減少させることができる。

しかしながら、一つの側壁９での反射に関しては、ネック型のトランジション１２に、ライン状の音源の形状の変位音響中心を発生させる代わりに、天井５の平面上で且つ側壁９の平面上でもある位置にある点状の音源の形状の変位音響中心を発生させることによって、防止することができる。そのような場合の、可能な実施形態が図５に示されている。

この例で、トランスデューサ１０は、トンネルの側壁９とトンネルの天井５とのコーナーに配置され、その結果、変位音響中心は、トンネルの側壁９とトンネルの天井５との交線に完全に一致することになる。二つの壁面での一次反射は、このようにして防止される。

ホーン１３の角度３０は、様々な値をとることができる。角度３０が３６０°のホーン１３を作ることも可能である。

また、二以上のネック型のトランジション１２、および／または、圧縮ドライバ１１が結合されたトランスデューサ１０を作ることも可能である。また、様々な周波数レンジに対して、それぞれが特定の周波数レンジに対して適切に機能する異なる圧縮ドライバ１１及びネック型のトランジション１２を使用することも可能である。それらの異なるネック型のトランジション１２は、例えば、同じホーン１３に接続することも、異なるホーン１３に取り付けることもできる。このようにして、例えば、二方向の再生システムを作ること、あるいは、他方向の再生システムを作ることができる。

トランスデューサ１０のホーン１３は、従来技術から知られている様々な方法で作ることができる。好ましい実施形態において、ホーン１３は、上記の図に示されているトランスデューサ１０の場合のように、折り畳まれていない構造である。しかしながら、深さを減少させるために、三重に折り畳まれたホーンとしてホーン１３を構成することもできる。しかしながら、特に高周波数の場合には、このような構造は内部反射を発生させ、その結果として、既知のトランスデューサ２の折り畳まれたホーンの中に定在波を発生させる。これは、特に、２０００Hｚ以上のトランスデューサ２の音響性能に悪い影響を与える。そのような周波数レンジは、特に、音響アナウンスメントの聞き取り易さに対して重要な寄与をしている。

従来技術に基づく既知のトランスデューサの機能の概要について説明する図である。 本発明に基づくトランスデューサの機能の概要について説明する図である。 本発明の第一の好ましい実施形態の概略側面図である。 本発明の第一の好ましい実施形態の概略底面図である。 図３ａの切断線 IIIC−IIICによる断面図。 図３のいくつかのコンポーネントを異なった視点から見た図である。 本発明の第二の実施形態の概略図である。

符号の説明

１・・・オブザーバ、２・・・トランスデューサ、３・・・仮想音源、５・・・音響反射面、６・・・取付面、１０・・・トランスデューサ、１１・・・圧縮ドライバ、１２・・・ネック型のトランジション、１３・・・ホーン、１４・・・フランジ、１５・・・ホーンマウス、１７・・・キンク、１８・・・（圧縮ドライバの）出口、１９・・・（ネック型のトランジションの）出口、３０・・・角度。

Claims (11)

1. 音響中心を発生させるための少なくとも一つの音源、及び前記音響中心によって発生された音を導くための所定の構造を備えたアコースティック・トランスデューサであって、固定壁に固定可能なアコースティック・トランスデューサにおいて、
   前記所定の構造は、前記少なくとも一つの音源（１１）に固定された少なくとも一つのネック型のトランジション（１２）を備え、前記アコースティック・トランスデューサ（１０）が固定壁（５）に固定されているとき、動作の際に、音波が放射される見かけの中心位置が、前記所定の構造によって、固定壁（５）上にある変位音響中心に移されるようにデザインされていること、
   を特徴とするアコースティック・トランスデューサ。
2. 下記特徴を備えた請求項１に記載のアコースティック・トランスデューサ：
   前記変位音響中心は、ライン状の音源である。
3. 下記特徴を備えた請求項１に記載のアコースティック・トランスデューサ：
   前記変位音響中心は、点状の音源である。
4. 下記特徴を備えた請求項１に記載のアコースティック・トランスデューサ：
   前記少なくとも一つのネック型のトランジション（１２）は、前記変位音響中心から放射された音を聞き手（１）に導くための少なくとも一つのホーン（１３）に接続されている。
5. 下記特徴を備えた請求項４に記載のアコースティック・トランスデューサ：
   前記ホーン（１３）は、取り外し可能なホーンマウス（１５）を有している。
6. 下記特徴を備えた請求項５に記載のアコースティック・トランスデューサ：
   前記ホーン（１３）または前記取り外し可能なホーンマウス（１５）のいずれかは、音が伝えることができる網を備えている。
7. 下記特徴を備えた請求項４、５または６のいずれか一項に記載のアコースティック・トランスデューサ：
   前記ホーン（１３）は、矩形の断面（IIIC−IIIC）を備えている。
8. 下記特徴を備えた請求項７に記載のアコースティック・トランスデューサ：
   前記断面（IIIC−IIIC）は、前記ネック型のトランジション（１２）から離れる方向に向かって、指数関数的に増大する。
9. 下記特徴を備えた請求項４から８のいずれか一項に記載のアコースティック・トランスデューサ：
   当該アコースティック・トランスデューサは、様々な周波数レンジのために、音源（１１）、ネック型のトランジション（１２）及びホーン（１３）の互いに異なる組み合わせを備えている。
10. 少なくとも一つの固定壁と、請求項１から９のいずれか一項に記載のアコースティック・トランスデューサの組み合わせであって、下記特徴を備える：
    前記変位音響中心の位置は、前記固定壁（５）上にある。
11. 下記特徴を備えた請求項１０に記載の組み合わせ：
    当該組み合わせは、前記固定壁（５）に対して固定されたもう一つの固定壁を含み、且つ、前記変位音響中心の位置は、前記固定壁（５）と前記もう一つの固定壁の交線上にある。

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