JP6317996B2

JP6317996B2 - 音響振動板の判定方法、及びこの判定方法を用いた音響振動板の製造方法

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Publication number: JP6317996B2
Application number: JP2014097960A
Authority: JP
Inventors: 智之小野田
Original assignee: 智之小野田; ▲廣▼國善紀
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: JP2015216496A

Description

本発明は、音響振動板の判定方法に関し、特に、楽器の共鳴板，若しくはオーディオ機器のエンクロージャーに用いられる音響振動板の判定方法、及びこの判定方法を用いた音響振動板の製造方法である。

従来、音響振動板の設計及び製造は、音響振動板が用いられることになる楽器の共鳴板，若しくはオーディオ機器のエンクロージャーごとに最適とされる形状を設計した後、材料となる平板状板材を前記形状に加工して組み込むという方法で行われてきた。

特開平３−２３５６００号公報

しかし、例えば既に素晴らしい音質の音を奏でることができるとして高評価が与えられているバイオリンがあり、そのバイオリンと全く同じ形状の共鳴板を作成してバイオリンを組み上げたとしても同等の素晴らしい音質の音を奏でるバイオリンとなるとは限らなかった。

音響振動板は、組み込まれた楽器やオーディオ機器が音を鳴らすと、前記音を受けて音響振動板の外縁部を固定端として振動すると共に、前記音を反射させる。しかし、音響振動板には木板、樹脂板、若しくは金属板、又はこれらを組み合わせた合板など種々の平板状板材が用いられるが、これらの平板状板材の内部の密度は完全には均一ではなく、面内において分布を有することが通常である。

平板状板材における密度の分布は、振動数に対する反射音の振動強度の傾向を面内において異なったものとする要因となるため、平板状板材の外縁形状のみを目的の形状に加工した音響振動板を用いても面内において均一な反射音を発生させることは困難であった。

そこで、上記課題を解決する手段として本発明に係る音響振動板の判定方法は、平板状原板の外表面を削って振動板を形成し、前記振動板の表面中央部における一部分に接触させた圧電スピーカーを介して、音源から前記圧電スピーカーに所定時間連続して送られた複数の振動数を有するサンプル音を前記振動板から発生させ、前記サンプル音を、前記圧電スピーカーから一定の距離離間した位置に設置された集音マイクから取り込むと共に電気信号である音情報へ変換し、前記集音マイクに取り込まれた音情報を情報処理部へ送信し、前記情報処理部において、前記音情報の振動数に対する振動強度を前記所定時間積算して得られる特徴データを取得し、前記特徴データを、前記振動板の表面中央部において、前記振動板の重心を取り囲んで数箇所において取得し、取得した各特徴データにおいて、共通する周波数位置に特徴ピークが現れることによって面内で均等な振動状態を実現する音響振動板であることを判定することを特徴とする。

また、本発明に係る音響振動板の製造方法は、平板状原板の外表面を削って振動板を形成する形成工程と、前記振動板の表面中央部における一部分に接触させた圧電スピーカーを介して、音源から前記圧電スピーカーに所定時間連続して送られた複数の振動数を有するサンプル音を前記振動板から発生させ、前記サンプル音を、前記圧電スピーカーから一定の距離離間した位置に設置された集音マイクから取り込むと共に電気信号である音情報へ変換し、前記集音マイクに取り込まれた音情報を情報処理部へ送信し、前記情報処理部において、前記音情報の振動数に対する振動強度を前記所定時間積算して得られる特徴データを取得し、前記特徴データを、前記振動板の表面中央部において、前記振動板の重心を取り囲んで数箇所において取得し、取得した各特徴データにおいて、共通する周波数位置に特徴ピークが現れることによって面内で均等な振動状態を実現する音響振動板であることを判定する判定工程とからなることを特徴とする。

本発明においては、振動数に対する反射音の振動強度の傾向を振動状態という。

平板状原板は、木板、樹脂板、若しくは金属板、又はこれらを組み合わせた合板であることが好ましい。

本発明において平板状原板は、楽器の共鳴板，若しくはオーディオ機器のエンクロージャーとして求められる外縁形状に加工された状態の平板状板材をいい、平板状原板をそのまま用いて楽器、若しくはオーディオ機器のエンクロージャーとして組み上げることができる状態のものをいう。

一方、本発明における振動板は、前記平板状原板の表面を厚み方向に削られたものをいう。平板状原板の表面を厚み方向に削ることによって、平板状原板の面内の密度分布に由来して、面内で振動状態が異なる現象をなくすことができる。ただし、一見同じ材質からなる平板状原板であっても、その面内の密度分布は平板状原板ごとに異なるので、表面を削るべき位置や削り量は平板状原板によって異なる。

音源は、複数の振動数からなる音であって、時間と共に各振動数に対する振動強度が連続して変化するものである。従って、音源は磁気テープ、コンパクトディスク（ＣＤ）、ハードディスク若しくはフラッシュメモリ等に記録された音楽データであることが好ましい。また前記音源は、プレーヤー、及びアンプを介して圧電スピーカーへ電気信号として送ることが可能であるものが好ましい。音源は、振動数の範囲が広いほど特徴データが比較しやすいため、クラシック音楽などが好ましい。

圧電スピーカーは、振動体が圧電素子と共に音源に対応して振動し、前記振動体が接触する対象物を振動させることにより音を発生させることができる素子であり、本発明においては圧電スピーカーとして一般的な構造を備えたものを用いることができる。本発明においては、前記振動体を振動板に接触させて音を発生させるが、圧電スピーカーと振動板との固定ために前記振動体と振動板との間に粘着テープを用いても良い。

振動板の表面中央部は、振動板の外縁部の内側部分をいう。振動板の外縁部は、楽器等に組み込まれる際に他の部品と固定されるため、本発明に係る判定方法の対象とすることはできないからである。

サンプル音は、圧電スピーカーが振動板から前記所定時間の間連続して発生させる音である。ここで所定時間は１秒以上５分以内であることが好ましい。所定時間が１秒より短いと特徴データの積算時間が少なく、特徴ピークの有無を判別し難い場合があるからである。一方、所定時間が５分より長いと、判定にかかる時間が冗長となりすぎるからである。

本発明で取得する特徴データを取得する数は、振動板の表面において３〜９箇所において取得されることが好ましい。３箇所より少ないと面内での均等な測定ができないからである。一方、９箇所よりも多いと判定にかかる時間が冗長となりすぎるからである。また、特徴データの測定は振動板の面内において可能な限り偏りなく行う必要がることから、測定位置を振動板の重心を取り囲むように設定する。なお、測定位置が３箇所よりも多い場合には、測定位置の一つを振動板の重心位置に対応する位置と一致させてもよい。なお、より正確に偏りなく判定を行うために測定位置は５箇所〜９箇所であることが望ましい。

特徴ピークは、振動板が圧電スピーカーによる振動を受けてサンプル音を発生させる際に特定の振動数において現れる共鳴音を示すものである。当該特徴ピークは、サンプル音の振動数に対する振動強度を測定してグラフに表すと、前記特定の振動数の前後の振動数を有する音よりも強い振動強度を示し、前記特定の振動数においてピーク形状として現れる。

本発明において、共通する周波数位置に特徴ピークが現れるとは、一の特徴データにおいて特徴ピークが複数現れる場合、特徴ピークが現れるそれぞれの周波数位置において、取得した他の全ての特徴データにも特徴ピークが現れることをいう。

なお、平板状原板から音響振動板を形成するために、平板状原板の外表面を削る位置及び削る量は平板状原板ごとに異なる。形成された振動板を本発明に係る方法で測定を行い、取得した各特徴データにおいて、共通する周波数位置に特徴ピークが現れることにより前記振動板は音響振動板であると判定した際、当該音響振動板の厚みは面内で等しいとは限らず、音響振動板の表面は緩やかに波打つような形状になっていることもある。

本発明によれば、判定対象である振動板が、面内で均等な振動状態を実現する音響振動板であることを判定することができる。

また、本発明に係る製造方法によれば、面内で均等な振動状態を実現する音響振動板を製造することができる。

本発明に係る音響振動板の判定方法を実施するために使用する判定装置１を、振動板３の断面方向からみた概略図（ｉ）、及び振動板３の平面方向から見た概略図（ｉｉ）である。本発明に係る音響振動板の判定方法を実施するために使用する判定装置１の構成を説明するブロック図である。振動板３を平面方向から示すと共に、位置Ｐａ〜Ｐｉを示す図である。位置Ｐａ〜Ｐｃにおける特徴データ１６ａ〜１６ｃを示すグラフである。位置Ｐｄ〜Ｐｆにおける特徴データ１６ｄ〜１６ｆを示すグラフである。位置Ｐｇ〜Ｐｉにおける特徴データ１６ｇ〜１６ｉを示すグラフである。判定装置１００を平板状原板２の断面方向からみた概略図である。平板状原板２を平面方向から示すと共に、位置Ｑａ〜Ｑｉを示す図である。位置Ｑａ〜Ｑｃにおける特徴データ１７ａ〜１７ｃを示すグラフである。位置Ｑｄ〜Ｑｆにおける特徴データ１７ｄ〜１７ｆを示すグラフである。位置Ｑｇ〜Ｑｉにおける特徴データ１７ｇ〜１７ｉを示すグラフである。

以下、本発明に係る実施の形態を、図を参照しながら詳しく説明する。

図１（ｉ）、（ｉｉ）は、本発明に係る音響振動板の判定方法を実施するために使用する判定装置１を示す概略図である。

振動板３は、天然木からなる直径２５ｃｍ及び厚み３．５ｍｍの平面視円形で平板状の平板状原板２の外表面を削って形成したものである。図１（ｉ）に示された判定装置１は、床面上に載置された振動板３の表面中央位置Ｐａにおいて、圧電スピーカー４が設置されている。圧電スピーカー４は振動体５を振動板３の表面において接触させた状態で設置されており、また、圧電スピーカ４はプレーヤー６と接続されている。なお、前記振動体５の振動板３に対する接触部分は直径２０ｍｍの円形状であり、振動体５の中心を位置Ｐａに一致させている。当該振動体５の中心は、他の位置における測定においても各位置Ｐｂ〜Ｐｉに一致させる。また、振動板３の外縁部は床面に設置されたスペーサーＧ上に載置されている。なお、位置Ｐａは平面視において振動板３の重心と一致する。

プレーヤー６は、内蔵された音源７に基づいて電気信号を所定時間Ｔの間連続して圧電スピーカー４に送信する。圧電スピーカー４は、プレーヤー６から送信された前記電気信号を受けて図示しない圧電素子と共に振動体５を振動させることにより、振動板３から前記所定時間Ｔの間連続してなるサンプル音８を発生させることができる。

一方、圧電スピーカー４の直上に距離Ｄ離れた位置に集音マイク９が設置されている。集音マイク９は情報処理部であるパーソナルコンピューター（以下ＰＣ１０という。）に接続されており、前記サンプル音８を取り込むと共に電気信号である音情報１１に変換してＰＣ１０に送信することができる。

ＰＣ１０は図２に示すように演算部１２、メモリ１３、表示画面１４、及び情報処理プログラム１５を備えている。情報処理プログラム１５は、集音マイク９が取り込んだ音情報１１の振動数に対する振動強度を、振動数ごとに所定時間Ｔの間継続して積算する。また、演算部１２は、前記情報処理プログラム１５によって得られた結果を振動数に対する振動強度のグラフとして表示画面１４に表示する。

以上の判定装置１に基づき、本発明に係る音響振動板の判定方法を説明する。まず、図３に示すように振動板３の表面中央位置Ｐａに前記圧電スピーカー４を設置した。次に、集音マイク９を圧電スピーカー４において距離Ｄ離間して設置した。ここで距離Ｄは３ｃｍとした。そしてプレーヤー６に内蔵された音源７を、前記圧電スピーカー４に所定時間Ｔ連続して送られた複数の振動数を有するサンプル音８を前記振動板３から発生させ、前記サンプル音８を集音マイク９で取り込む。ここで、音源７にはJ.S.BachのSonata for Flute and Harpsicode In A 1 (BWV 1032) Vivance Aure Nicoletを採用した。所定時間Ｔは３０秒とした。なお、プレーヤー６において音源７に基づく電気信号の増幅の強度は以下の位置Ｐｂ〜Ｐｉの各位置で特徴データを取得する際においても一定であるとする。

集音マイク９で取り込まれたサンプル音８は音情報１１に変換されてＰＣ１０へ送信される。ＰＣ１０は、送信された音情報１１をメモリ１３へ一時的に記憶すると共に、情報処理プログラム１５によって前記音情報１１の振動数に対する振動強度を、振動数ごとに前記所定時間Ｔの間継続して積算して得られる特徴データ１６ａを取得する。表示画面１４には得られた特徴データ１６ａからなるグラフが表示される。

次に、圧電スピーカー４を振動板３の表面中央部における位置Ｐｂに設置し、集音マイク９を圧電スピーカー４の直上に向かって前記距離Ｄ離れた位置に設置した後、サンプル音８を用いて前記特徴データ１６ａと同様に特徴データ１６ｂを取得した。さらに、同様に圧電スピーカー４及び集音マイク９の設置位置を、図３に示すように振動板３の表面中央部における位置Ｐｃ〜Ｐｉのそれぞれとしたときに、各位置において特徴データ１６ｃ〜１６ｉを取得した。ここで、前記表面中央部とは振動板３がスペーサーＧと触れている外縁部よりも内側部分である。

図４〜６には取得した特徴データ１６ａ〜１６ｉまでを示すグラフを、縦軸を０〜１２０ｄＢ、横軸を０〜２０ｋＨｚとして列挙した。

図４〜６によれば、振動板３は周波数４．４ｋＨｚに特徴ピーク（１）、８．０ｋＨｚに特徴ピーク（２）、及び１１．１ｋＨｚに特徴ピーク（３）を示す。また表１に、位置Ｐａ〜Ｐｉで取得した特徴データ１６ａ〜１６ｉのそれぞれにおいて、特徴ピーク（１）〜（３）を認めることができるかどうかを表した。図４〜６、及び表１によれば、当該特徴ピーク（１）〜（３）は位置Ｐａ〜Ｐｉのいずれにおいても確認できたことから、全ての測定位置Ｐａ〜Ｐｉにおける各特徴データ１７ａ〜１７ｉにおいて共通する周波数位置に特徴ピークが現れたといえるため、振動板３は面内で均等な振動状態を実現する音響振動板であると判定できた。

そして当該判定工程により、面内で均等な振動状態を実現する音響振動板の製造ができた。

また比較例として、判定装置１の前記振動板３が表面を削る前の状態の平板状原板２である判定装置１００を用いて、判定装置１の場合と同様に特徴データを取得し、平板状原板２が面内で均等な振動状態を実現する音響振動板であるか否かについて本発明に係る判定方法を用いて判定することとした。図７は判定装置１００の場合における平板状原板２、位置Ｑａに設置した圧電スピーカー４、及び集音マイク９との位置関係を示す図である。判定装置１００は、床面上に載置された振動板３の表面中央位置Ｑａにおいて、圧電スピーカー４が設置されている。圧電スピーカー４は振動体５を振動板３の表面において接触させた状態で設置されており、また、圧電スピーカ４はプレーヤー６と接続されている。なお、前記振動体５の振動板３に対する接触部分は直径２０ｍｍの円形状であり、振動体５の中心を位置Ｑａに一致させている。当該振動体５の中心は、他の位置における測定においても各位置Ｑｂ〜Ｑｉに一致させる。また判定装置１における振動板３の場合と同じく、平板状原板２の外縁部は床面に設置されたスペーサーＧ上に載置されている。位置Ｑａは平面視において平板状原板２の重心と一致する。なお判定装置１００において、プレーヤー６及びＰＣ１０等の判定装置１に対応する他の構成物は判定装置１と同一の構成である。

まず圧電スピーカー４を、平板状原板２の図８に示す表面中央部における位置Ｑａに設置し、集音マイク９を圧電スピーカー４の直上に向かって距離Ｄ離れた位置に設置した。ここで距離Ｄは３ｃｍとし、判定装置１を用いた測定の場合の距離Ｄと同じとした。そしてプレーヤー６に内蔵された音源７を、前記圧電スピーカー４に所定時間Ｔ連続して送られた複数の振動数を有するサンプル音８を前記振動板３から発生させ、前記サンプル音８を集音マイク９で取り込む。ここで、音源７にはJ.S.BachのSonata for Flute and Harpsicode In A 1 (BWV 1032) Vivance Aure Nicoletを採用した。ここで所定時間Ｔは３０秒とし、判定装置１を用いた測定の場合の所定時間Ｔと同じとした。なお、プレーヤー６において音源７に基づく電気信号の増幅の強度は以下の位置Ｑｂ〜Ｑｉの各位置で特徴データを取得する際においても一定であり、また、判定装置１を用いて位置Ｐａ〜Ｐｉの各位置で特徴データを取得する際の増幅の強度と同じとした。

集音マイク９で取り込まれたサンプル音８は音情報１１に変換されてＰＣ１０へ送信される。ＰＣ１０は、送信された音情報１１をメモリ１３へ一時的に記憶すると共に、情報処理プログラム１５によって前記音情報１１の振動数に対する振動強度を、振動数ごとに前記所定時間Ｔの間継続して積算して得られる特徴データ１７ａを取得する。表示画面１４には得られた特徴データ１７ａからなるグラフが表示される。

次に、圧電スピーカー４を振動板３の表面中央部における位置Ｑｂに設置し、集音マイク９を圧電スピーカー４の直上に向かって前記距離Ｄ離れた位置に設置した後、サンプル音８を用いて前記特徴データ１７ａと同様に特徴データ１７ｂを取得した。さらに、同様に圧電スピーカー４及び集音マイク９の設置位置を、図３に示すように振動板３の表面中央部における位置Ｑｃ〜Ｑｉのそれぞれとしたときに、各位置において特徴データ１７ｃ〜１７ｉを取得した。ここで、前記表面中央部とは振動板３がスペーサーＧと触れている外縁部よりも内側部分である。

図９〜１１には取得した特徴データ１７ａ〜１７ｉまでを、縦軸を０〜１２０ｄＢ、横軸を０〜２０ｋＨｚとして列挙した。

図９〜１１によれば、平板状原板２は位置Ｑｂ、Ｑｃ、及びＱｈにおいて、周波数４．５ｋＨｚに特徴ピーク（４）、８．０ｋＨｚに特徴ピーク（５）、及び１１．０ｋＨｚに特徴ピーク（６）を示す。しかし、平板状原板２の面内での特徴ピークの有無を調べると、位置Ｑａ、Ｑｄ、Ｑｅ、Ｑｆ、Ｑｇ、及びＱｉにおいては、特徴ピーク（４）〜（６）のいずれも示されなかった。また表２には、位置Ｑａ〜Ｑｉで取得した特徴データ１７ａ〜１７ｉのそれぞれにおいて、特徴ピーク（４）〜（６）を認めることができるかどうかの一覧を表した。図９〜１１、及び表２によれば、全ての特徴ピークの測定位置Ｑａ〜Ｑｉおける各特徴データ１７ａ〜１７ｉにおいて共通する周波数位置に特徴ピークが現れているとはいえない。従って、平板状原板２は面内で均等な振動状態を実現する音響振動板であるとはいえない。

本発明は、楽器の共鳴板，若しくはオーディオ機器のエンクロージャーに用いられる音響振動板が面内で均等な振動状態を実現するものであるかどうかを判定することができる。

１判定装置
２平板状原板
３振動板
４圧電スピーカー
５振動体
６プレーヤー
７音源
８サンプル音
９集音マイク
１０ＰＣ
１１音情報
１４表示画面
１５情報処理プログラム

Claims

平板状原板の外表面を削って振動板を形成し、
前記振動板の表面中央部における一部分に接触させた圧電スピーカーを介して、音源から前記圧電スピーカーに所定時間連続して送られた複数の振動数を有するサンプル音を前記振動板から発生させ、
前記サンプル音を、前記圧電スピーカーから一定の距離離間した位置に設置された集音マイクから取り込むと共に電気信号である音情報へ変換し、
前記集音マイクに取り込まれた音情報を情報処理部へ送信し、
前記情報処理部において、
前記音情報の振動数に対する振動強度を前記所定時間積算して得られる特徴データを取得し、
前記特徴データを、前記振動板の表面中央部において、前記振動板の重心を取り囲んで数箇所において取得し、
取得した各特徴データにおいて、共通する周波数位置に特徴ピークが現れることによって面内で均等な振動状態を実現する音響振動板であることを判定する
ことを特徴とする音響振動板の判定方法。
平板状原板の外表面を削って振動板を形成する形成工程と、
前記振動板の表面中央部における一部分に接触させた圧電スピーカーを介して、音源から前記圧電スピーカーに所定時間連続して送られた複数の振動数を有するサンプル音を前記振動板から発生させ、
前記サンプル音を、前記圧電スピーカーから一定の距離離間した位置に設置された集音マイクから取り込むと共に電気信号である音情報へ変換し、
前記集音マイクに取り込まれた音情報を情報処理部へ送信し、
前記情報処理部において、
前記音情報の振動数に対する振動強度を前記所定時間積算して得られる特徴データを取得し、
前記特徴データを、前記振動板の表面中央部において、前記振動板の重心を取り囲んで数箇所において取得し、
取得した各特徴データにおいて、共通する周波数位置に特徴ピークが現れることによって面内で均等な振動状態を実現する音響振動板であることを判定する判定工程とからなる
ことを特徴とする音響振動板の製造方法。