JP4933422B2 - ラウドスピーカ - Google Patents

Description

本発明は撓み波パネル型ラウドスピーカに関し、より詳細には、可視ディスプレイスクリーンと組み合わせたこのようなラウドスピーカに関するが、これに限定されない。

国際特許出願ＷＯ００／０２４１７では、可視ディスプレイスクリーンと、該ディスプレイスクリーンに隣接して配置され少なくとも一部が透明でありこれを通してディスプレイスクリーンを見ることができるパネル形状部材と、パネル形状部材の縁部又は周辺部に取り付けられ、パネル形状部材にエネルギーを加えて該パネル形状部材を音響放射体として作用させる振動励振変換器とを備えたラウドスピーカであって、パネル形状部材は可聴周波数で共振するように配置され、振動変換器は、パネル形状部材に撓み波エネルギーを加えてこれを共振させ、該部材が共振時に音響放射体として作用するように適合されており、該パネル形状部材の１つ又はそれ以上の周辺部がクランプ又は拘束されることを特徴とするラウドスピーカを記載している。この構成には以下のことを含む幾つかの利点がある。
（１）所与の用途でラウドスピーカの占有面積が最小になる。
（２）画像と音声が同じ場所から到来するユーザの経験が改善される。
（３）同じプレート上の空間的に分離された２つのチャンネルからステレオ音を再生する能力。

国際特許出願ＷＯ９９／３７１２１は、エネルギーを円滑に伝送するために励振モードの分布を最適化する励振器位置の選択を含む、例えば透明プレートなどのパネル型撓み波放射体を励振する方法を記載している。

この従来技術に基づくディスプレイシステムの設計は、以下の２つの理由のために低周波数に制限される可能性がある。
１．プレートからの有用な放射のための低周波数の制限は、プレートとスクリーンとの間のギャップによって決定される。形成されるキャビティは、分布コンプライアンスとして動作し、プレートの面密度と共に質量バネ共振を形成する。この共振周波数未満では、プレートで励振されるモードは単に弱く放射されるが、この周波数を超えると有用なモード放射を達成することができる。
２．システムに対する有効な低周波数制限を制御する第２のパラメータは、プレート上の振動の可視性である。高品質の可視ディスプレイでは可視振動は許容することができない。最も主要な影響は、スクリーンの直接イメージの何らかの障害ではなく、プレートからの反射の可視性である。これは、部屋の照明レベルを低くする、又は部屋の光源からの反射の可視性を最小化するようにスクリーンを傾けるなどの、ユニットが使用される環境を制御することで最小限にすることができる。プレート上の反射防止コーティングはこの性能を改善することができる。しかしながら多くの用途では、これらの環境要因の直接制御は存在しないので、この問題は深刻なものになる可能性がある。

振動の可視性は、スクリーンの前部に透明なラウドスピーカを使用することができる有用な帯域幅に対して別の低周波数の制限を加える。この制限は、所与の低周波数エネルギーにおける最大レベルとして明らかである。約２５０Ｈｚを下回って周波数が次第に低くなる程、この制限はより厳しいものになる。２５０Ｈｚまでの数字は、人間の視覚系の感受性によって制御される。この周波数を上回る振動は、次第に振幅が小さくなり（所与のＳＰＬに対して）、より高速で変化する。人間の視覚系は、これらの変動を平均するので、振動の可視性は著しく低減される。

従って、従来技術は、低周波数制限を上回る高品質の音響出力を提供する、励振モードの分布について最適化された透明なラウドスピーカを開示している。低周波数の制限は、キャビティの深さと振動の可視性の両方によって決定付けられる。これは、最高品質のディスプレイシステムにおいて有効音響出力を２５０Ｈｚまでに制限する。

国際特許出願ＷＯ００／０２４１７公報 国際特許出願ＷＯ９９／３７１２１公報 国際特許出願ＷＯ９７／０９８４２公報

本発明によれば、第１の部分と少なくとも１つの追加部分とを有するパネル型音響放射体と、放射体の追加部分に結合されて放射体に音響出力を放射させる、放射体において撓み波を励振するための変換器と、放射体の追加部分に低周波放射を閉じ込める手段と、を備えるラウドスピーカが提供される。

ラウドスピーカは、可視ディスプレイスクリーンを備えることができ、放射体の第１の部分は透明とすることができ、第１の部分を通して可視であるようにディスプレイスクリーンに隣接して配置することができる。

放射体のディスプレイスクリーンと第１の部分とは、例えば２ｍｍ又はそれよりも小さい比較的狭いギャップによって分離することができ、ラウドスピーカは、放射体の追加部分に隣接して配置され、例えば１０ｍｍ又はそれよりも大きい比較的広いギャップによって追加の放射体部分から分離された後部エンクロージャを含むことができる。

ラウドスピーカは、放射体を終端させる手段を含み、関連する振動が放射体の追加部分に集中されるようにシステム共振を発生させるように適合される。

ラウドスピーカは、放射体の第１と追加部分とを分離する周波数依存終端部を含むことができる。周波数依存終端部はプラスチック発泡樹脂材とすることができる。プラスチック発泡樹脂はダスト・シールを形成ることができる。

放射体は、可聴周波数で共振するように配置することができ、変換器は、放射体に撓み波エネルギーを加えてこれを共振させ、共振時に音響放射体として動作するように適合することができる。

放射体は、複数の追加部分を含むことができ、これらの各々に対して１つ又はそれ以上の変換器が結合されて放射体に音響出力を放射させ、その結果、構成は、複数の追加部分の共振モードが周波数で分布されるようにされる。

このようにして本発明は、ディスプレイシステムの前方で使用するための改善された透明な撓み波ラウドスピーカを提供する。本発明の特徴は次の通りである。
（１）プレートの第１の部分が透明でスクリーンの前方に位置する単一の放射プレート。
（２）スクリーンを超えて配置されたプレートの少なくとも１つの追加部分が、機械的終端部によってプレートから分離される。これは第２の部分と呼ばれ、限定ではないが２つの部分が包含される。
（３）スクリーンの第２の部分の後方の空気容積（単位面積あたり）が増加する。これは、この部分が表示エリアの領域外であるので可能である。
（４）スクリーンの第２の部分上での少なくとも１点におけるプレートの励振。これは、第２の部分又は他の位置にある複数の点での励振と組み合わせることができる点に留意されたい。
（５）スクリーンの２つの部分の間の終端の機械的特性の最適化。この最適化の目的は、大部分は第２の部分に低周波エネルギーを閉じ込め、高周波のエネルギーを第１の（透明な）部分に移行することである。

その成果は、この装置により低周波数帯域幅が有効に改善されることである。第１に、第２の部分の後方のユニット面積当たりの容積がより大きいことにより、装置の低周波数特性が改善される。第２に、スクリーン領域から離れた低周波数エネルギーの集中は、低周波数における振動の可視性を最小にし、このような視覚効果によって早期に制限されることなく、システムの完全な能力が使用される。例えば艶消し表面仕上げなどの、第２の部分の表面はまた、画面振動を最小にするように設計することもできる。

本発明は、例証として添付図面において図式的に示される。

図１は、一般に国際特許出願ＷＯ９７／０９８４２に記載された種類のほぼ矩形のパネル型撓み波ラウドスピーカ（１）であり、ここでパネル放射体（２）は、発泡プラスチック材料のストリップ状の機械的インピーダンス仕切り（５）によって２つの部分又は領域（３、４）、すなわち参照数字（３）で示される第１の部分又は領域１と、参照数字（４）で示される別の部分又は領域２とに分割されている。仕切り（５）は、領域２が領域１と比較して相対的に小さくなるように側部間をパネル全体にわたって延びる。振動励振器（６）は、領域２に結合されており、これに撓み波エネルギーを加えて放射体を共振させ、通常の方法で励振器に印加された信号に応答して音響出力を放射する。しかしながら本発明によれば、低周波数撓み波は、仕切り（５）によって領域２に閉じ込められ、以下に説明されるように、仕切りの特性は、高周波エネルギーが放射体の領域１に移行することができるように配置される。

従って、ディスプレイスクリーンが放射体パネルの領域１の部分を通して見られるように領域１は透明にし、ディスプレイスクリーン（図１には示されておらず、その下の図２を参照のこと）に隣接して配置することができ、その結果、画像と音声とが同じ位置から到達するようになる。また、このようにして、低周波数の励振による領域２内の比較的大きなパネルのエクスカーションは、領域１を通して見られる可視ディスプレイの観測者に対して視覚的に注意を逸らすものではない。

図２に示されるように、上で説明されたように透明である領域１は、隣接して取り付けられたＶＤＵエンクロージャハウジング（８）を有することができ、その結果、可視ディスプレイスクリーン又はユニットが放射体を通して可視であるようになる。

領域２に配置された放射体のコーナー（１１）は、支持構造体（図示せず）に固定された弾性発泡プラスチック懸架部材（９）に吊下することができ、放射体の反対側縁部（１２）は、弾性発泡プラスチックストリップ懸架体（１０）に吊下することができる。

図３は、パネル放射体の領域２への低周波数振動の閉じ込めにおける機械的インピーダンス仕切りの効果を示すグラフである。グラフ中の実線は、機械的インピーダンス仕切りが所定位置にある場合の周波数に伴うパネルの機械的なエクスカーションを示し、破線は、仕切りがない場合の周波数に伴う機械的エクスカーションを示す。図４に示されるように、図１のラウドスピーカの全体性能は、仕切りを使用することによってあまり影響されない点に注目するべきである。

図５を参照すると、図１と極めて類似しているが、放射体（２）の両側面に２つの追加領域（４）を有し、その間に単一の透明な第１の領域（３）があるほぼ矩形のパネル型撓み波ラウドスピーカが示されている。第１の領域３は、インピーダンス仕切り（５）によって２つの追加領域（４）と分離されている。この追加領域（４）の各々は、これに結合された１組の振動励振器（６）を有する。

図５に示された構成は、液晶ディスプレイのテレビと共に使用することができる。

適切な終端又は機械的インピーダンス仕切りの一例は、ライン上に機械的インピーダンス終端を提供する発泡プラスチックストリップである。機械的インピーダンス仕切りは、包含されるコンプライアンスの特性及び機械抵抗が適切なプラスチック発泡プラスチックストリップで構成することができる。これらは、選択された材料のバルク特性であり、例えば、３ｍｍ厚さのＭｉｅｒｓ Ｆｏａｍのコンプライアンスは１ｘ１０^-8 Ｍ³／Ｎであり、抵抗は１．２ｘ１０⁴ Ｎｓ／ｍ³である。本発明の用途においては、ストリップの幅及び厚みは材料の選択に更に関連する。関連するパラメータは、パネルのサイズに関連して機械的インピーダンスの高域周波数分割関数、その機械的インピーダンス、及び要求される分割周波数を定めるために選択される。

プラスチック発泡樹脂材の特性は、抵抗とコンプライアンスを含むことができる。終端の特性は、低周波数におけるプレート中へのエネルギーの伝達を制限するように最適化され、主に領域２である追加部分又は第２の部分に振動を閉じ込める。

発泡樹脂材の機械的インピーダンスは、周波数が減少するにつれて高くなり、一般に所与の周波数を下回る領域ではプレートのインピーダンスより優位になる。一つのライン上におけるプレートのインピーダンスはまた、周波数が低くなると増大する関数であるが、ほとんどの発泡樹脂材が線形関係で変化するのとは対照的に、緩慢な平方根依存関係で変化する。低周波数では発泡樹脂材のインピーダンスが支配的であり、終端は単純支持に近付く。周波数が高くなにつれて、プレートのインピーダンスが発泡樹脂材のインピーダンスよりも緩慢な速度で減少し、従って、プレートから切り離されてエネルギーがプレート中に自由に伝播することができるようになる。これら２つの領域の間で、発泡樹脂材は有効な吸収材となることができる。周波数帯域及び吸収のレベル／帯域幅は、発泡樹脂材の抵抗及びコンプライアンスにより制御される。これらは、様々な発泡樹脂材の配合に応じた周波数の関数として制御することができる。

この単純な条件により低周波数でエネルギーの伝達が制限され、高周波数でのエネルギーの伝達が可能となる。しかしながら、エネルギーは、中心周りの回転により低周波数において依然として２つの領域間を通過するであろう。帯域幅が広範囲に拡張すると問題が生じる場合があるが、狭い周波数帯域にわたって良好な分離を達成することができる。この実施例は、プレートの終端、特にプレート縁部の終端（第２の部分近く）にわたり追加の制御の用途にまで拡張することができる。これにより分離のより広範な帯域幅を達成するか、或いは振動が第２の部分に集中する場合にシステム共振を生成及び調整するのに用いることができる。第２の部分に関連する１つ又はそれ以上の共振を使用して、システムに必要とされる追加の低周波放射を供給することができる。例えば図５に示されるように、プレートの可視領域から離れた複数の追加部分又は領域が使用される場合、これらの周波数は、例えば国際特許出願ＷＯ９７／０９８４２に記載された方法で分布させることができる。１つより多い追加の部分又は領域を有する理由は、（１）ステレオなどのマルチチャンネル出力を供給するため、（２）放射領域を増大させ、従って所与の出力レベルに対してボイスコール・エクスカーション及びパネル変位を低減するため、（３）特定の設計要件又は製品レイアウトを満足させるためである。

本発明のパネル型ラウドスピーカの第１の実施形態の斜視図である。 図１の実施形態とほぼ同様の本発明のパネル型ラウドスピーカの第２の実施形態の斜視図である。 対数（デシベル）スケールで示された、第１の部分の中心における周波数に応じたパネルの機械的エクスカーションを示すグラフである。 インピーダンス仕切りが有る場合（破線）と無い場合（実線）のラウドスピーカの周波数応答（周波数に応じた音圧レベル）のグラフである。 ラウドスピーカの第２の実施形態の斜視図である。

符号の説明

１ パネル型撓み波ラウドスピーカ
２ パネル放射体
３ 第１の部分
４ 第２の部分
５ 仕切り
６ 振動励振器

Claims (10)

1. 第１の部分と少なくとも１つの追加部分とを有するパネル型音響放射体と、
   前記放射体の前記少なくとも１つの追加部分に結合されて前記放射体に音響出力を放射させる、前記放射体において撓み波を励振するための変換器と、
   前記放射体の前記少なくとも１つの追加部分から前記第１の部分に低周波の放射エネルギーが伝播するのを制限し、前記少なくとも１つの追加部分から前記第１の部分への高周波数の放射エネルギーの伝播は許容する閉じ込め手段と、
   を備えることを特徴とするラウドスピーカ。
2. 可視ディスプレイスクリーンを備え、前記放射体の第１の部分は、透明であって前記第１の部分を通して可視であるように前記ディスプレイスクリーンに隣接して配置され、前記追加部分は、前記ディスプレイスクリーンから横方向に変位されていることを特徴とする請求項１に記載のラウドスピーカ。
3. 前記ディスプレイスクリーンと前記放射体の前記第１の部分は、比較的狭いギャップによって分離され、前記ラウドスピーカは、前記放射体の追加部分に隣接して配置され、比較的広いギャップによって前記放射体の前記追加部分から分離された後部エンクロージャが設けられたことを特徴とする請求項２に記載のラウドスピーカ。
4. 前記放射体を終端させ、関連する振動が前記放射体の追加部分に集中されるようにシステム共振を発生させるように適合される手段を含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のラウドスピーカ。
5. 前記閉じ込め手段は、前記放射体の前記第１部分及び前記追加部分を分離する、周波数依存の機械的インピーダンス仕切りを含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のラウドスピーカ。
6. 前記周波数依存の機械的インピーダンス仕切りは、プラスチック発泡樹脂材であることを特徴とする請求項５に記載のラウドスピーカ。
7. 前記プラスチック発泡樹脂材は、ダスト・シールを形成することを特徴とする請求項６に記載のラウドスピーカ。
8. 前記放射体は、可聴周波数で共振するように配置され、前記変換器は、前記放射体に撓み波エネルギーを加えてこれを共振させ、該放射体を共振時に音響放射体として動作させるようにされていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載のラウドスピーカ。
9. 前記放射体は複数の追加部分を含み、これらの各々に対して１つの変換器が結合され、前記放射体に音響出力を放射させることを特徴とする請求項８に記載のラウドスピーカ。
10. 前記複数の追加部分は、該追加部分の共振モードが周波数分布されるような配置にされることを特徴とする請求項９に記載のラウドスピーカ。

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