JP4417489B2

JP4417489B2 - 導波管による電気音響的変換

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Publication number: JP4417489B2
Application number: JP25030999A
Authority: JP
Inventors: ジェフリー・ホーフラー; ジョン・エイチ・ウェンデル; ロバート・ピー・パーカー; トーマス・エイ・フローシュル; ウィリアム・ピー・シュライバー
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-09-03
Also published as: CN1258185A; DE69918502D1; US7623670B2; EP1284585B1; JP2000092583A; CN101026895B; US6771787B1; DE69918502T2; EP0984662A2; US20100092019A1; EP1284585A1; EP0984662B1; HK1108265A1; EP0984662A3; US20050036642A1; CN101026895A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響導波管ラウドスピーカーシステムに関し、更に詳細には、断面積が均等でない導波管を備えたラウドスピーカーシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、米国特許第４，６２８，５２８号及び１９９３年５月５日に出願された「周波数選択的音響導波管減衰」という標題の米国特許出願第０８／０５８４７８号を参照されたい。これらの特許文献に触れたことにより、これらの文献に開示されている内容は本明細書中に組み込まれたものとする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の重要な目的は、改良された導波管を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の、音波を放射するための導波管ラウドスピーカーシステムは、音波を伝達するための低損失導波管を含む。この導波管は、ラウドスピーカードライバーに連結された第１末端と、音波を外部環境に放射するようになった第２末端と、導波管の長さに沿って延在する中心線と、この中心線に対して垂直な複数の平面の複数の断面領域を包囲する複数の壁を備える。壁は、第２末端の断面積が第１末端の断面積よりも小さくなるように、テーパして形成されている。
【０００５】
本発明の別の特徴によれば、音波を放射するための導波管ラウドスピーカーシステムは、音波を伝達するための低損失導波管を備える。この導波管は、ラウドスピーカードライバーに連結された第１末端と、音波を外部環境に放射するようになった第２末端と、中心線と、この中心線に対して垂直な複数の平面の複数の断面領域を包囲する複数の壁と、中心線の長さに沿って延在する複数の区分とを有する。これらの区分は、それぞれ、第１端部と第２端部とを有し、第１端部は第２末端よりも第１末端により近く配置され、第２端部は第１末端よりも第２末端により近く配置され、各区分は平均断面積を有する。複数の区分のうちの第１区分及び複数の区分のうちの第２区分は、第１区分の第２端部が第２区分の第１区分に連結されるように構成され且つ配置されている。第１区分の第２端部の断面積は、第２区分の第１端部の断面積に対して十分に異なる。
【０００６】
本発明の更に別の実施例によれば、音波を放射するための導波管ラウドスピーカーシステムは、音波を伝達するための低損失導波管を有する。この導波管は、ラウドスピーカードライバーに連結された第１末端と、音波を外部環境に放射するように構成された第２末端と、導波管の長さに沿って延在する中心線と、この中心線に対して垂直な複数の平面の複数の断面領域を包囲する複数の壁と、中心線の長さに沿う複数の区分とを有する。これらの区分は、それぞれ、第１端部及び第２端部を有し、第１端部は第１末端により近く配置され、第２端部は第２末端により近く配置される。複数の区分のうちの第１区分と複数の区分のうちの第２区分は、第１区分の第２端部が第２区分の第１端部に連結されるように構成され且つ配置される。第１区分の断面積は、第１端部から第２端部まで第１の指数関数に従って増大し、第１区分の第２端部の断面積は、第２区分の第１端部の断面積よりも大きい。
【０００７】
本発明の他の実施例によれば、音波を放射するための導波管ラウドスピーカーシステムは、音波を伝達するための低損失導波管を備える。この導波管は同調周波数を有し、この周波数は対応する同調波長を有する。導波管は、導波管の長さに沿って延在する中心線と、この中心線に対して垂直な複数の平面の複数の断面領域を包囲する複数の壁と、中心線に沿う複数の区分とを有する。これらの区分は、それぞれ、同調波長の約四分の一の長さを有し、各区分は平均断面積を有する。複数の区分のうちの第１区分の平均断面積は、複数の区分のうちの隣接する区分の平均断面積とは異なる。
本発明の更に他の実施例によれば、音波を放射するための導波管は、
【０００８】
【数７】

【０００９】
によって示される長さとほぼ等しい長さのセグメントを有し、この式において、Ｉは導波管の有効長さであり、ｎは正の整数である。これらのセグメントは、それぞれ、平均断面積を有する。一つおきのセグメントで構成される第１の組の平均断面積の積は、一つおきのセグメントで構成される第２の組の平均断面積の積の２倍以上である。
【００１０】
他の特徴、目的、及び利点は、添付図面を参照してなされた以下の詳細な説明から明らかになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
添付図面のうち、特に図１を参照すると、この図には、本発明によるラウドスピーカー−導波管アッセンブリが示されている。導波管１４は、第１端部即ち末端１２及び第２端部即ち末端１６を有する。導波管１４は、断面積が狭窄する中空チューブの形態である。導波管１４の壁はテーパしており、第１端部１２での導波管の断面積が第２端部１６の断面積よりも大きい。第２端部１６は、音響的理由又は外観上の理由により、僅かにフレア状をなしているのがよい。断面（導波管１４の中心線１１に対して垂直な、図１のＡ−Ａ線に沿った）は、円形、楕円形、又は正多角形又は不規則な多角形、又は何等かの他の閉鎖輪郭であるのがよい。導波管１４は、端部が閉鎖していてもよいし、開放していてもよい。図示のように両端が自由空気中に放射していてもよいし、一端が、閉鎖容積又はポート付き容積等の音響閉鎖体内に放射していてもよく、導波管はテーパしていてもよいしテーパしていなくてもよい。
【００１２】
説明を明瞭にするため、導波管１４の壁は直線として示してあり、導波管１４はその全長に沿って均等にテーパしているように示してある。実際に実施する上では、導波管は、包囲体に嵌入するため、又は音響的理由のために導波管の一端を導波管の他端に対して位置決めするため、所望の形状になるように湾曲させることができる。導波管１４の断面は、様々な幾何学的形状を備えているのがよく、即ち様々な形状を有し又は直線状の又は湾曲した側部をその長さに沿った様々な位置に有する。更に、導波管のテーパは導波管の長さに沿って変化する。
【００１３】
電気音響変換器１０が導波管１４の第１端部１２に位置決めされている。本発明の一実施例では、電気音響変換器１０は、セラミック磁石モータを有するコーン型６５mmドライバーであるが、別の種類のコーン−磁石変換器又は他の種類の電気音響変換器であってもよい。電気音響変換器１０のいずれかの側部が導波管１４の第１端部１２に取り付けられているか或いは、電気音響変換器１０が第１端部１２と隣接した導波管１４の壁に取り付けられているのがよく、音波を導波管内に放射する。更に、導波管１４から遠ざかる方に向いた電気音響変換器１０の表面は、図示のように周囲環境に合わせて直接放射でき、又はテーパした又はテーパしていない導波管や閉鎖した又はポート付きの閉鎖体等の音響エレメント内に放射することができる。
【００１４】
導波管１４の内壁は、本質的に音響的に無損失である。導波管内には、少量の音響吸収材料１３が設けられているのがよい。少量の音響吸収材料１３は、現在継続中の「周波数選択的音響導波管減衰」という標題の米国特許出願第０８／０５８４７８号に記載されているように、変換器１０の近くに配置されているのがよい。その結果、導波管は、低い周波数では低損失であり、高い周波数では応答が比較的滑らかである。少量の音響吸収材料は、望ましからぬ共鳴を抑え、導波管が放射する周波数範囲に亘って滑らかな出力を提供するが、導波管で低周波数の定在波が形成されることを阻止しない。
【００１５】
本発明の一実施例では、導波管は円錐形をなしてテーパした導波管であり、導波管に沿った幾つかの箇所の断面積は、以下の式によって記述される。
【００１６】
【数８】

【００１７】
ここで、Ａは面積を示し、ｙは入口（広幅）端からの距離であり、Ｂは以下の式によって算出される。
【００１８】
【数９】

【００１９】
ここで、ｘは導波管の有効長さであり、ＡＲは以下の等式によって算出される。
【００２０】
【数１０】

【００２１】
この実施例の第１共鳴周波数即ち同調周波数は、
【００２２】
【数１１】

【００２３】
のゼロでない第１解として近似される。ここで、
【００２４】
【数１２】

【００２５】
であり、
Ｃ₀は音速である。上掲の等式で近似を行った後、最終的な効果及び他の要因を考慮して導波管を経験的に変更できる。
【００２６】
一実施例では、導波管１４の長さｘは６６．０４cm（２６インチ）である。第１端部１２の断面積は４１．２９cm²（６．４平方インチ）であり、第２端部１６の断面積は５．８１cm²（０．９平方インチ）であり、面積比（第１端部１２の断面積を第２端部１６の断面積で除した値と定義される）は約７．１である。
【００２７】
次に図２及び図３を参照すると、これらの図には、周波数に対する放射された音響出力及びドライバーエクスカーションの、コンピューターでシミュレートした曲線が示してある。曲線３２は、音響吸収材料１３を持たない長さが６６．０４cm（２６インチ）の本発明による導波管ラウドスピーカーシステムに関し、曲線３４は、容積が同じで長さが９１．４４cm（３６インチ）の壁が直線状で減衰がなされていない導波管に関する。図２及び図３からわかるように、バス範囲は、ほぼ同じ周波数（約７０Hz）まで延びており、本発明による導波管システムについての周波数応答は、テーパしていない導波管システムよりも平らである。音響吸収材料（図１の１３）を使用することによって、二つの曲線の狭幅の帯域ピーク（以下「スパイク」という）を大幅に減少させることができる。
【００２８】
次に図４を参照すると、この図には、本発明の第２の特徴を示す目的で従来技術のラウドスピーカー−導波管アッセンブリが示してある。端部が開放した断面が均等な長さがｙの導波管１４' の一端に電気音響変換器１０' が位置決めされている。導波管の端部は互いに近接している（即ち、距離ｔが小さい）。変換器１０' が周波数がｆで波長〜の音波を放射するとき、導波管からの放射は変換器からの直接放射に対して逆相であり、及び従って、アッセンブリからの放射が前記周波数で大幅に減少する。
【００２９】
図５を参照すると、この図には、図４に示し且つ添付のテキストに説明した導波管端部位置の問題を大幅に小さくする本発明の特徴を示すラウドスピーカー−導波管アッセンブリが示してある。電気音響変換器１０は、端部が開放した導波管１４ａの端部即ち末端１２に位置決めされている。電気音響変換器１０は、図示のコーン−磁石変換器であるか或いは、静電的、圧電的、又は他の音圧波源等の任意の他の種類の電気音響変換器であるのがよい。電気音響変換器１０は、導波管１４ａのいずれかの端部に面しているのがよく、或いは導波管１４ａの壁に取り付けられているのがよく、音波を導波管１４ａ内に放射する。電気音響変換器１０が位置決めされたキャビティ１７の形態は、電気音響変換器１０とぴったりと一致する。この実施例では、導波管１４ａの内壁は音響的に低損失である。導波管１４ａには少量の音響吸収材料１３が入っており、そのため、導波管は低周波数では音響損失が低く、高周波数では応答が比較的フラットである。少量の音響吸収材料は、望ましからぬ共鳴を抑え、導波管が放射する周波数範囲に亘ってより滑らかな出力を提供するが、導波管内に定在波が形成されることを阻止しない。導波管１４ａの第２端部即ち末端１６が周囲環境に音波を放射する。第２端部１６は、外観上の理由のため又は音響的目的のため、外方にフレアをなしているのがよい。
【００３０】
導波管１４ａは、複数の区分１８₁、１８₂、・・・１８_nをその長さに沿って有する。これらの区分１８₁、１８₂、・・・１８_nの各々は、長さＸ₁、Ｘ₂、・・・Ｘ_n及び断面積Ａ₁、Ａ₂、・・・Ａ_nを有する。これらの区分の各々の長さの決定を以下に説明する。これらの区分の各々は、隣接した区分と断面積が異なっているのがよい。導波管の長さに亘る平均断面積は、米国特許第４，６２８，５２８号に開示されているように決定でき、又は経験的に決定できる。この実施例では、断面積変化部１９は、いきなりであるように示してある。他の実施例では、断面積変化部が次第に変化していてもよい。
【００３１】
次に図６を参照すると、この図には、ｎ＝４の図５によるラウドスピーカー−導波管アッセンブリが示してある。図６の変換器が、周波数がｆで対応する波長λがｘに等しい音を放射するとき、導波管からの放射は変換器からの放射に対して逆相であるが、容積速度及び従って振幅が僅かに異なる。従って、導波管１４ａが図４に示すように端部が近付くように形成した場合でも、相殺量が大幅に減少する。
【００３２】
図６のアッセンブリの一実施例では、導波管の断面は円形であり、寸法Ａ₁及びＡ₃は３．４２cm²（０．５３平方インチ）であり、寸法Ａ₂及びＡ₄は５．８７cｍ²（０．９１平方インチ）である。
【００３３】
本発明の他の実施例では、Ａ₂及びＡ₄の積はＡ₁及びＡ₃の積の３倍であり、即ち、
【００３４】
【数１３】

【００３５】
である。即ち、この関係は、
【００３６】
【数１４】

【００３７】
及び、
【００３８】
【数１５】

【００３９】
の関係により満たされる。ここで、
【００４０】
【外１】

【００４１】
は導波管の平均断面積である。
次に図７を参照すると、この図には、端部がＳcm離間した導波管システムについての、周波数に対する音響出力電力の、コンピューターでシミュレートされた二つの曲線が示してある。曲線４２は、図４に示す従来の導波管を表し、出力の大きな落ち込み即ちディップ（ｄｉｐ）４６が約３５０Hz（下文において、導波管の相殺周波数と呼ぶ。この周波数は、波長が導波管の有効長さと等しい周波数と対応する）のところにあり、同様のディップが相殺周波数の整数倍のところに存在する。図６の導波管システムについての、破線で示す曲線４４は、約３５０Hzでの出力ディップ及び相殺周波数の奇数倍での出力ディップが大幅に減少している。
図９を参照すると、この図には、ｎ＝８の図５によるラウドスピーカー−導波管アッセンブリが示してある。各区分の長さはｘ／８である。ここで、ｘは導波管の全長である。この実施例では、断面積Ａ₁、・・・Ａ₈は、以下の関係を満たす。
【００４２】
【数１６】

【００４３】
ここで、Ａ₁、Ａ₃、Ａ₅、及びＡ₇が等しく、Ａ₂、Ａ₄、Ａ₆、及びＡ₈が等しい場合（図６の実施例と同様。これは、本発明が機能する上で必要ではない。）には、
【００４４】
【数１７】

【００４５】
であり、且つ、
【００４６】
【数１８】

【００４７】
の関係が、
【００４８】
【数１９】

【００４９】
を満たす。
【００５０】
【外２】

【００５１】
は、導波管の平均断面積である。
次に、図１０を参照すると、この図には、端部がＳcm離間した導波管についての、周波数に対する音響出力電力の、コンピューターでシミュレートされた二つの曲線が示してある。曲線５２は、図４に示す従来の導波管を表し、出力の大きなディップ５６が約３５０Hzのところにあり、同様のディップが約３５０Hzの整数倍のところに存在する。図９の導波管についての、破線で示す曲線５４は、約３５０Hzでの出力ディップ及び相殺周波数の奇数倍での出力ディップ（即ち、２×３、５、７・・・＝６、１０、１４・・・）が大幅に減少している。
図９の導波管を図６の導波管に重ねると、図１２の導波管ができる。図８のアッセンブリの一実施例では、
【００５２】
【数２０】

【００５３】
【数２１】

【００５４】
【数２２】

【００５５】
【数２３】

【００５６】
であり、各区分の長さはｘ／８である。
次に、図１３を参照すると、この図には、端部が５cm離間した導波管についての、周波数に対する音響出力電力の、コンピューターでシミュレートされた二つの曲線が示してある。曲線６０は、図４に示す従来の導波管を表し、出力の大きなディップ６４が約３５０Hzのところにあり、同様のディップが約３５０Hzの整数倍のところに存在する。図１２の導波管についての曲線６２は、相殺周波数での出力ディップ、相殺周波数の奇数倍（３、５、７、．．．）での出力ディップ、及び相殺周波数の奇数倍の２倍（２、６、１０、１４・・・）での出力ディップが大幅に減少している。
【００５７】
次に、図１４を参照すると、この図には、端部が５cm離間した導波管についての、周波数に対する音響出力電力の、コンピューターでシミュレートされた二つの曲線が示してある。曲線６６は、図４に示す従来の導波管を表し、出力の大きなディップ７０が約３５０Hzのところにあり、同様のディップが約３５０Hzの整数倍のところに存在する。ｎ＝１６で各セグメントの長さがｘ／１６で、
【００５８】
【数２４】

【００５９】
の、図５による導波管（図示せず）についての破線で示す曲線６８は、相殺周波数の４倍ところの出力ディップ及び相殺周波数の奇数倍の４倍（即ち、４×３、５、７、．．．＝１２、２０、２８．．．）での出力ディップが大幅に減少している。
同様に、相殺周波数の奇数倍の８倍、１６倍、．．．での出力ディップは、ｎ＝３２、６４・・・で各区分の長さがｘ／ｎで
【００６０】
【数２５】

【００６１】
の、図５による導波管によって大幅に減少できる。導波管は、図１２に示すように重ねて導波管の効果を組み合わせることができる。
図１５を参照すると、この図には、端部が５cm離間した導波管システムについての、周波数に対する音響出力電力の、コンピューターでシミュレートされた二つの曲線が示してある。従来の導波管システムを表す曲線７１は、大きな出力ディップ７４が約３５０Hzのところにあり、同様のディップが約３５０Hzの整数倍のところに存在する。図１２の導波管に図５による導波管を重ねることによって得られた導波管システム（図示せず）を表す破線で示す曲線７２は、ｎ＝１６で各セグメントの長さがｘ／１６で、相殺周波数のところ、相殺周波数の偶数倍のところ、相殺周波数の奇数倍のところ、相殺周波数の奇数倍の２倍のところ、及び相殺周波数の奇数倍の４倍での出力ディップが大幅に減少している。
ｎが大きくなるに従って、重ねられた導波管は図１６に示す導波管に近付く。図１６では、導波管は長さがｘ／２の二つの区分を有する。導波管の壁は、各区分の始端の断面積が
【００６２】
【数２６】

【００６３】
であり、
【００６４】
【数２７】

【００６５】
の関係に従って
【００６６】
【数２８】

【００６７】
まで増大するように形成されている。
（ここで、ｙは、導波管の変換器端部１２と１６との間の距離であり、ｘは導波管の長さであり、
【００６８】
【外３】

【００６９】
は導波管の平均断面積である）。
図１７を参照すると、この図には、区分の長さを決定する上で有用な定在波を持つ導波管が示してある。図１７は、音波が導波管内に放射されたときに定在波８０が形成される、側部が平行な導波管を示す。定在波８０は、同調周波数がｆであり、対応する波長λが導波管の長さｘに等しい。定在波８０は、導波管の長さに沿った幾つかの箇所に圧力を及ぼす。圧力定在波８０の圧力は、変換器の箇所８２及び導波管の開口部８４の箇所で夫々ゼロであり、別の零位点８６が変換器と開口部との間のほぼ半分の箇所にある。音波を導波管内に放射したときに形成された定在波８８は、導波管の長さに沿った箇所での容積速度を示す。容積速度定在波８８の容積速度零位点９２、９４は、圧力零位点８２及び８６の間、及び圧力零位点８６及び８４の間の夫々にあり、圧力零位点からほぼ等距離のところにある。本発明の一実施例では、図６に示す導波管（図１７で破線で示す）は四つの区分を有し、区分の始端及び終端は、平行な壁を有し且つ平均断面積が同じ導波管の、容積速度零位点及び圧力零位点の位置によって決定される。容積速度零位点９２のところで第１区分１８₁が終端し且つ第２区分１８₂が始端し、圧力零位点８６のところで第２区分１８₂が終端し且つ第３区分１８₃が始端し、容積速度零位点９４のところで第３区分１８₃が終端し且つ第４区分１８₄が始端する。直線状の壁を持つ導波管では、第１圧力零位点と第１容積速度零位点との間の距離、第１容積速度零位点と第２圧力零位点との間の距離、第２圧力零位点と第２容積速度零位点との間の距離、及び第２容積速度零位点と第３圧力零位点との間の距離は全て等しく、そのため、区分１８₁．．．１８₄の長さＸ₁．．．Ｘ₄は、全て、導波管の長さの１／４である。
【００７０】
周波数がｆで波長がλの定在波に加え、周波数が２ｆ、４ｆ、８ｆ、・・・ｎｆで対応する波長がλ／２、λ／４、λ／８、・・・λ／ｎの定在波が導波管内に存在する。周波数が２ｆの定在波は、５つの圧力零位点を有する。側部が平行な導波管では、導波管の各端に一つの圧力零位点があり、残りの圧力零位点は導波管の長さに沿って等距離に間隔が隔てられている。周波数２ｆの定在波は、圧力零位点間、及びこれらの圧力零位点間で等距離に間隔が隔てられた４つの容積速度零位点を有する。同様に、周波数が４ｆ、８ｆ、・・・ｎｆで対応する波長がλ／４、λ／８、・・・λ／ｎの定在波は、２ｎ＋１個の圧力零位点及び２ｎ個の容積速度零位点を有し、これらの零位点は、周波数が２ｆで波長がλ／２の定在波と同様に間隔が隔てられている。平行な側部を持たない導波管にも同様の定在波が形成されるが、零位点の位置は均等に間隔が隔てられていない。零位点の位置は経験的に決定できる。
【００７１】
図１８乃至２０を参照すると、これらの図には、本発明の他の原理を示す他の実施例が示してある。図１８は、隣接したセグメントが図１７の区分と等しい長さを持つという原理を示し、同じ断面積を有し、それでも本発明の利点を提供する。図１８では、セグメントの長さは図１７の区分と同じ方法で決定される。幾つかの隣接した区分は同じ断面積を有し、セグメントのうちの少なくとも一つが隣接したセグメントよりも大きな断面積を有する。断面積は、
【００７２】
【数２９】

【００７３】
のように選択される。図１８による導波管は、図６による導波管の利点と同様の利点を有する。同様に、波長がλ／２、λ／４、λ／８、・・・λ／ｎで、セグメントの平均断面積が
【００７４】
【数３０】

【００７５】
の関係を満たし、幾つかの隣接したセグメントの平均断面積が等しい定在波の圧力零位点と容積速度零位点との間の距離に等しいセグメントを持つ導波管は、図５の導波管システムと同様の利点を有する。
【００７６】
次に図１９を参照すると、この図には本発明の別の原理が示してある。この実施例では、断面積の変化部１９は、図１７に示し且つ開示の添付部分に説明した箇所にない。しかしながら、セグメント１８₁、１８₂、１８₃、及び１８₄の断面積が以下の等式の関係を満たす場合には、上文中に説明した相殺の問題が大幅に軽減される。
【００７７】
【数３１】

【００７８】
ここで、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄は、セグメント１８₁、１８₂、１８₃、及び１８₄の夫々の断面積である。
次に、図２０を参照すると、この図には本発明の更に別の特徴が示してある。この実施例では、断面積はいきなり変化するのでなく、正弦曲線又は他の滑らかな関数に従って滑らかに変化する。しかしながら、図１９の実施例と同様に、セグメント１８₁、１８₂、１８₃、及び１８₄の断面積が以下の等式に従う場合には、上文中に説明した相殺の問題が大幅に軽減される。
【００７９】
【数３２】

【００８０】
ここで、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄は、セグメント１８₁、１８₂、１８₃、及び１８₄の夫々の断面積である。
以上の図面に示し且つ開示の対応する区分に説明した実施例では、変化する区分又はセグメントの平均断面積の積の比は３である。比３は特に有利な結果をもたらすけれども、面積比が１以上例えば２以上の同じ数である本発明による導波管システムは、改善された性能を示す。
【００８１】
次に図２１を参照すると、この図には、図１の実施例の原理と図５の実施例の原理とを組み合わせた本発明の一実施例が示してある。電気音響変換器１０は、端部が開放した導波管１４' の端部に位置決めされている。本発明の一実施例では、電気音響変換器１０は、コーン−磁石変換器又は静電的、圧電的、又は他の音響波源等の任意の他の電気音響変換器である。電気音響変換器１０は、導波管１４' のいずれかの端部に面しているか或いは導波管１４' の壁に取り付けられているのがよく、音波を導波管１４' 内に放射する。電気音響変換器１０が位置決めされたキャビティ１７の形態は、電気音響変換器１０とぴったりと一致する。導波管１４' の内壁は、本質的に平滑であり音響的に無損失である。導波管１４' には少量の音響吸収材料１３が入れてあり、そのため、導波管は音響的に低損失である。少量の音響吸収材料は、望ましからぬ共鳴を減衰し、導波管システムが放射する周波数範囲に亘って出力を滑らかにするが、導波管内で低周波定在波が発生するのを阻止しない。
【００８２】
導波管１４' は、複数の区分１８₁、１８₂、・・・１８_nをその長さに沿って有する。これらの区分１８₁、１８₂、・・・１８_nの各々の長さはＸ₁、Ｘ₂、・・・Ｘ_nであり、断面積はＡ₁、Ａ₂、・・・Ａ_nである。これらの区分の各々の電気音響変換器１０に最も近い端部の断面積は、電気音響変換器から最も遠い端部よりも大きい。この実施例では、断面積の変化部１９は急であるように示してある。実際の実施例では、断面積の変化部は徐々に変化していてもよい。
【００８３】
図２１の実施例による導波管は、図１及び図５の実施例の利点を組み合わせる。図２１による導波管システムで、導波管端部での相殺の問題が大幅に低減し、従来の導波管よりも平坦な周波数応答を実現できる。
【００８４】
図２２乃至２４を参照すると、これらの図には図１２、図１４、及び図１５の実施例と同様の導波管システムが示してあるが、これらは右に向かって断面積が小さくなっている。図１２、図１４、及び図１５の実施例と同様に、端部相殺位置の問題が大幅に低減することに加え、長い導波管を持つラウドスピーカーアッセンブリと等価の音響性能を実現できる。
【００８５】
図２２乃至２４に示す導波管は、圧力零位点及び容積速度零位点に対して同様の場所で始端し終端する区分を有するが、これらの零位点は、側部が平行な導波管のように均等に配置されているのではない。図２２乃至２４に示す導波管では、零位点の位置が経験的に決定され、或いはコンピューターのモデリングによって決定される。
【００８６】
図２２乃至２４に示す導波管では、ｎが大きくなるにつれて、導波管は、以下の等式によって記述される導波管形状に近付き始める。
【００８７】
【数３３】

【００８８】
ここで、
【００８９】
【数３４】

【００９０】
である。
【００９１】
【数３５】

【００９２】
ここで、
【００９３】
【数３６】

【００９４】
である。
ここで、停止されていないテーパした導波管の
【００９５】
【数３７】

【００９６】
（即ち面積比）について、
【００９７】
【数３８】

【００９８】
【数３９】

【００９９】
である。
このような導波管の例は、図２５（ＡＲ＝４）及び図２６（ＡＲ＝９）に示してある。面積比が１（テーパしていない導波管を示す）である場合には、導波管は、図１６に示し且つ添付のテキストに説明したような導波管である。
【０１００】
この他の実施例は添付の特許請求の範囲に記載してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による導波管ラウドスピーカーシステムの断面図である。
【図２】本発明による導波管及び従来の導波管についての、周波数に対する音響出力のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図３】本発明による導波管及び従来の導波管についての、周波数に対するドライバー暴走のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図４】従来技術の導波管の断面図である。
【図５】本発明の第２の特徴による導波管の断面図である。
【図６】図５の導波管の変形例の断面図である。
【図７】図６の導波管についての、周波数に対する音響出力のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図８】図６の導波管についての、周波数に対する音響出力のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図９】図５の導波管の変形例の断面図である。
【図１０】図９の導波管についての、周波数に対する音響出力のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図１１】図９の導波管についての、周波数に対する音響出力のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図１２】図７の導波管を図６の導波管に重ねた導波管の断面図である。
【図１３】図１２の導波管についての、周波数に対する音響出力のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図１４】１６個の区分を持つ図５による導波管についての周波数に対する音響出力のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図１５】１６個の区分を持つ、図１２の導波管に図５による導波管を重ねることによって得られた導波管についての周波数に対する音響出力のコンピューターでシミュレートした曲線を示すグラフである。
【図１６】多数の区分を持つ、図１２の導波管に図５による多数の導波管を重ねることによって得られた導波管の断面図である。
【図１７】以上の図面の導波管の区分の長さを説明する上で有用な、定在波を持つ導波管の断面図である。
【図１８】本発明の他の実施例を示す導波管の断面図である。
【図１９】本発明の他の実施例を示す導波管の断面図である。
【図２０】本発明の他の実施例を示す導波管の断面図である。
【図２１】図１及び図５の実施例を組み合わせた導波管の断面図である。
【図２２】図１の実施例と組み合わせた図６の実施例と同様の断面図である。
【図２３】図１の実施例と組み合わせた図９の実施例と同様の断面図である。
【図２４】図１の実施例と組み合わせた図１２の実施例と同様の断面図である。
【図２５】図１６の実施例を図１の実施例と組み合わせた導波管の断面図である。
【図２６】図１６の実施例を図１の実施例と組み合わせた導波管の断面図である。
【符号の説明】
１０電気音響変換器
１２第１端部即ち末端
１４導波管
１６第２端部即ち末端

Claims

音波を放射するための導波管システムであって、
前記導波管システムは、音波を伝達するための低損失の音響導波管を有し、
前記導波管は、
音波源に連結されるように構成された第１末端と、
前記音波を外部環境に放射するように構成された第２末端と、
前記導波管の長さに沿って延在する中心線と、
前記中心線に対して垂直な複数の平面内に形成された複数の断面領域を包囲する複数の壁とを有し、
前記壁は、前記第２末端の断面積が前記第１末端の断面積よりも小さくなるように、テーパした形状を成すように構成し、
前記断面積は、

に従って変化し、この式中で、Ａは断面積であり、Ａ_{ｉｎｌｅｔ}は前記第１末端の断面積であり、ｙは前記第１末端から計測した距離であり、Ｂは、

であり、この式中で、ｘは導波管の長さであり、ＡＲは前記第１末端の断面積を前記第２末端の断面積で除した値である、ことを特徴とする、音波を放射するための導波管システム。
前記断面積は、前記第１末端からの距離の関数として徐々に減少するように構成した、請求項１に記載の導波管システム。
前記第２末端の断面積は、前記第１末端の断面積の半分以下である、請求項１に記載の導波管システム。
前記第２末端の断面積は、前記第１末端の断面積の約七分の一である、請求項３に記載の導波管システム。
音波を放射するための導波管システムであって、前記導波管システムは、音波を伝達するための低損失の導波管を有し、前記導波管は、
前記音波の発生源に連結されるように構成された第１末端と、
前記音波を外部環境に放射するように構成された第２末端と、
中心線と、
前記中心線に対して垂直な複数の平面の複数の断面領域を包囲する複数の壁と、
前記中心線の長さに沿う複数の区分とを有し、
前記複数の区分は、それぞれ、第１端部と第２端部とを有し、
前記第１端部は前記第１末端により近く配置され、前記第２端部は前記第２末端により近く配置され、前記複数の区分は、それぞれ、前記区分の容積を前記中心線に沿った前記区分の長さで除した平均断面積を有し、
前記複数の区分のうちの第１区分と前記複数の区分のうちの第２区分とは、前記第１区分の前記第２端部と前記第２区分の前記第１区分とが連結するように、構成され、且つ、配置され、
前記第１区分の前記第２端部の断面積は、前記第２区分の前記第１端部の断面積とは、十分に異なるように形成され、
前記導波管は、前記低損失導波管の有効長さＩにほぼ等しい波長を有する定在圧力波を形成するように構成され且つ配置され、前記定在圧力波は複数の圧力零位点を有し、前記連結は、前記複数の圧力零位点のうちの一つに一致するように位置決めされている、ことを特徴とする、音波を放射するための導波管システム。
前記第１区分の前記平均断面積は、前記第２区分の前記平均断面積とは、十分に異なるように形成された、請求項５に記載の導波管システム。
前記第１区分の断面積は実質的に一定である、請求項５に記載の導波管システム。
前記第２区分の断面積は実質的に一定である、請求項６に記載の導波管システム。
偶数の区分が存在する、請求項５に記載の導波管システム。
一つおきの区分からなる第１の組の平均断面積の積は、一つおきの区分からなる第２の組の平均断面積の積の約３倍である、請求項９に記載の導波管システム。
前記第１区分の前記第２端部の断面積が、前記第１区分の前記第１端部の断面積よりも小さくなるように、前記壁はテーパした形状に形成されている、請求項５に記載の導波管システム。
前記第２区分の前記第２端部の断面積が、前記第２区分の前記第１端部の断面積よりも小さくなるように、前記壁はテーパした形状に形成されている、請求項５に記載の導波管システム。
前記第１区分及び前記第２区分の前記第２端部の断面積が、前記第１区分及び前記第２区分の前記第１端部の断面積よりも小さくなるように、前記壁はテーパした形状に形成されている、請求項５に記載の導波管システム。
前記導波管は、前記低損失導波管の有効長さＩにほぼ等しい波長を有する定在容積速度波を発生するように形成され且つ構成され、
前記容積速度定在波は複数の零位点を有し、
前記連結は、前記容積速度零位点のうちの一つに一致するように位置決めされている、請求項５に記載の導波管システム。
音波を放射するための導波管システムにおいて、
前記導波管システムは、音波を伝達するための低損失導波管を有し、
前記導波管は、
前記音波の発生源に連結されるように構成された第１末端と、
前記音波を外部環境に放射するように構成された第２末端と、
前記導波管の長さに沿って延在する中心線と、
前記中心線に対して垂直な複数の平面内に形成された複数の断面領域を包囲する複数の壁と、
前記中心線の長さに沿う複数の区分とを有し、前記複数の区分は、それぞれ、第１端部と第２端部とを有し、
前記第１端部は前記第１末端により近く配置され、前記第２端部は前記第２末端により近く配置され、前記複数の区分はそれぞれ平均断面積を有し、
前記複数の区分のうちの第１区分と前記複数の区分のうちの第２区分は、前記第１区分の前記第２端部が前記第２区分の前記第１端部と連結されるように構成され且つ配置され、
前記第１区分の断面積は、前記第１端部から前記第２端部まで、第１の指数関数に従って増大し、前記第１区分の前記第２端部の断面積は、前記第２区分の前記第１端部の断面積よりも大きく形成されている、ことを特徴とする、音波を放射するための導波管システム。
前記第２区分の前記断面は、前記第１端部から前記第２端部まで、第１の指数関数に従って増大する、請求項１５に記載の導波管システム。
前記第２区分の前記断面は、前記第１端部から前記第２端部まで、第２の指数関数に従って増大する、請求項１５に記載の導波管システム。
音波を放射するための導波管システムにおいて、
前記導波管システムは、同調周波数の音波を伝達するための低損失導波管を有し、
前記周波数は、対応する波長を有し、
前記導波管は、
前記導波管の長さに沿って延在する中心線と、
前記中心線に対して垂直な複数の平面内に形成された複数の断面領域を包囲する複数の壁と、
前記中心線に沿う複数の区分とを有し、
前記複数の区分は、それぞれ、前記波長の約四分の一の長さを有し、
前記複数の区分はそれぞれ平均断面積を有し、
前記複数の区分のうちの第１区分の平均断面積は、前記複数の区分のうちの隣接する区分の平均断面積とは異なるように構成された、ことを特徴とする、音波を放射するための導波管システム。
前記第１区分の断面積は実質的に一定である、請求項１８に記載の導波管システム。
前記隣接する区分の断面積は実質的に一定である、請求項１９に記載の導波管システム。
一つおきの区分で構成された第１の組の前記平均断面積の積は、一つおきの区分で構成された第２の組の前記平均断面積の積の約３倍である、請求項１８に記載の導波管システム。
定在圧力波及び定在容積速度波を発生するように構成され且つ配置された、音波を放射するための導波管において、
前記定在容積速度波は、前記導波管の有効長さＩにほぼ等しい波長を有し、
前記定在容積速度波は複数の容積速度零位点を有し、
前記定在圧力波は、前記導波管の有効長さＩとほぼ等しい波長を有し、
前記定在圧力波は複数の圧力零位点を有し、
前記複数の圧力零位点は前記容積速度零位点同士の間で発生し、
前記容積速度零位点と前記圧力零位点とが前記導波管の複数の区分の境界を画定し、前記複数の区分はそれぞれ平均断面積を有し、
一つおきの区分で構成される第１の組の前記平均断面積の積は、一つおきの区分で構成される第２の組の前記平均断面積の積の２倍以上である、ことを特徴とする、音波を放射するための導波管。
一つおきの区分で構成される前記第１の組の前記平均断面積の前記積は、一つおきの区分で構成される前記第２の組の前記平均断面積の前記積の約３倍である、請求項２２に記載の導波管。
前記複数の区分のうちの一つの区分の平均断面積は、隣接する区分のいずれよりも大きい、請求項２２に記載の導波管。