JP6553732B2 - 無指向性スピーカーシステム用の音響ディフレクタ - Google Patents

Description

本出願は、２０１５年１月３１日に出願され、「Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｏｍｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅａｋｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６２／１１０，４９３号の利益を主張し、その内容は参照により本願明細書に組み込まれる。

スピーカーシステムにおける従来の音響ディフレクタは、スピーカーと音響ディフレクタとの間に存在する音響モードのために、音響スペクトルにアーチファクトを呈し得る。本開示は、無指向性スピーカーシステムの共振応答（resonant response）を均一化するための音響ディフレクタに関する。

無指向性スピーカーシステムの共振応答を均一化するための音響ディフレクタを提供する。

一態様では、無指向性音響ディフレクタは、概して円錐形の外面、上面および円錐軸を含む円錐台形状を有する音響反射体を含む。音響反射体は、円錐軸を中心とする上面に開口部を有する。無指向性音響ディフレクタは、上面の開口部に配置された吸音材をさらに含む。

実施形態は、以下の特徴の１つ、または、これらの任意の組み合わせを含み得る。概して円錐形の外面は、非線形傾斜プロファイルを含み得、切頭双曲面の回転によって画定され得る。少なくとも１つの非円対称面は、概して円錐形の外面から半径方向に延在し得る。吸音材料は、発泡体または吸音布であり得る。音響反射体は、音響共振モードの最大圧力に関連する円錐半径で概して円錐形の外面の円周に沿って配置された少なくとも１つの開口部を含み得る。吸音材は、１つ以上の開口部内に配置され得る。音響反射体は、音響共振モードの最大圧力に関連する円錐半径で円錐形外面の円周の周りに延在する開口部を有し得る。音響共振モードは、円対称モードになり得る。吸音材は、円錐状の外面の周囲に延在する開口部に配置され得る。

別の態様では、スピーカーシステムは、音響エンクロージャと、音響エンクロージャ内に配置された下方に音を出す音響ドライバと、無指向性音響ディフレクタと、を含む。無指向性音響ディフレクタは、音響ドライバの下方の音響エンクロージャ内に配置され、音響ドライバから伝播する音響エネルギーを受ける。無指向性音響ディフレクタは、概して円錐形の外面、上面および円錐軸を含む切頭円錐形を有する音響反射体を含む。音響反射体は、円錐軸を中心とする上面に開口部を有する。無指向性音響ディフレクタは、上面の開口部に配置された吸音材をさらに含む。

スピーカーシステムの実施形態は、上記および／または以下の特徴の１つ、または、これらの任意の組み合わせを含み得る。スピーカーシステムは、少なくとも１つのパッシブラジエーターを含み得る。音響エンクロージャは、それぞれの対向する一対のパッシブラジエーターが互いに同相でかつ機械的に位相がずれて駆動されるように、音源からのオーディオ信号によって駆動されるように構成された一対の対向するパッシブラジエーターを含み得、音響エンクロージャの振動を最小化する。

別の態様では、スピーカーシステムは、音響エンクロージャと、音響エンクロージャ内に配置された下方に音を出す音響ドライバと、第１の無指向性音響ディフレクタと、第２の無指向性音響ディフレクタと、を含む。第１の無指向性音響ディフレクタは、音響エネルギーを受けるために下方に音を出す音響ドライバの下方の音響エンクロージャ内に配置され、第２無指向性音響ディフレクタは、音響エネルギーを受けるために上方に音を出す音響ドライバの上方の音響エンクロージャ内に配置される。第１および第２の無指向性音響ディフレクタそれぞれは、概して円錐形の外面、上面および円錐軸を含む円錐台形状を有する音響反射体を含む。各音響反射体は、円錐軸を中心とする上面に開口部を有する。無指向性音響ディフレクタそれぞれは、上面の開口部に配置された吸音材をさらに含む。スピーカーシステムの実施形態は、上記の特徴の１つ、または、これらの任意の組み合わせを含み得る。

垂直音響エンクロージャ内に単一の音響ドライバを有する無指向性スピーカーシステムの斜視図である。 図１Ａに示す無指向性スピーカーシステムの断面図である。 図１Ａに示す無指向性スピーカーシステムの切り欠き斜視図である。 図１Ａのスピーカーシステムにおける無指向性音響ディフレクタの斜視図である。 図１Ａのスピーカーシステムにおける無指向性音響ディフレクタおよび音響ドライバの断面図である。 図１Ａのスピーカーシステムにおける無指向性音響ディフレクタおよび音響ドライバの切り欠き斜視図である。 従来の無指向性音響ディフレクタと、本願明細書に記載の原理による無指向性音響ディフレクタの一例と、の音響周波数の関数としての音響近接場エネルギーレベルのプロットである。 本願明細書に記載された原理による音響スペクトルに対する共振の悪影響を低減する無指向性音響ディフレクタを有する無指向性スピーカーシステムの一例の斜視図である。 図５Ａの無指向性スピーカーシステムの断面図である。 図５Ａの無指向性スピーカーシステムの切り欠き斜視図である。 図５Ａの無指向性スピーカーシステムにおける無指向性音響ディフレクタの斜視図であり、吸音材の領域を示す。 吸音材のなしの図６Ａに示される無指向性音響ディフレクタの切り欠き斜視図である。 本願明細書に記載の原理による音響スペクトルに対する共振の悪影響を低減するために、一対の音響ドライバと一対の無指向性音響ディフレクタとを有する無指向性衛星スピーカーシステムの一例の斜視図である。

無指向性スピーカーシステムについて複数の利点が知られている。これらの利点には、スピーカーシステムが、反射のために部屋の壁のような境界の近くに配置された際のより広々とした音像を含む。別の利点は、スピーカーシステムが、最適な高周波到達範囲を達成するために特定の方向に向ける必要がないことである。この第２の利点は、スピーカーシステムおよび／または聴取者が動いていることがあるモバイルスピーカーシステムにとって非常に望ましいことである。

また、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、垂直音響エンクロージャ１４に固定された単一の下方に音を出す音響ドライバ１２を含むスピーカーシステム１０の斜視図、断面図および切り欠き斜視図をそれぞれ示す図である。エンクロージャ１４の各側壁１５はパッシブラジエーター１６を含む。いくつかの例では、２つの対向するパッシブラジエーター１６は、音源（図示せず）からのオーディオ信号によって駆動されるように構成され、その結果、対向する各対のパッシブラジエーター１６は、図に示すように、２つの対向する対のパッシブラジエーター１６（合計で４つのパッシブラジエーター）が使用され得る。パッシブラジエーター１６は、図示されるようにエンクロージャ１４の外側壁１５に配置されてもよく、または、エンクロージャ１４内に配置され、エンクロージャ１４（図示せず）に配置されたスロットを介して音響エネルギーを放射するように構成されてもよい。１つ以上のパッシブラジエーター１６は、エンクロージャ１４内で垂直方向または水平方向に向けられてもよい。パッシブラジエーター１６で「密閉」された音響ドライバ１２の上方およびエンクロージャ１４内の領域内の容積は、音響チャンバ―を画定する。パッシブラジエーター１６のダイアフラムは、音響チャンバ内の圧力変化によって駆動される。スピーカーシステム１０は、エンクロージャ１４が取り付けられる４つの垂直脚部１９を有する無指向性音響ディフレクタ１８をさらに含む。音響ドライバ１２によって生成された音響エネルギーは、下方に伝播し、音響ディフレクタ１８の内側部分の概して円錐形の外面２２によって名目的に水平方向に偏向される。４つの概して矩形の開口部２０がある。各開口部２０は、エンクロージャ１４の基部、音響ディフレクタ１８の基部、及び、一対の垂直脚部１９を有する。これらの４つの開口部２０は、水平方向に伝搬する音響エネルギーを通過させる音響開口である。所与の方向における音響エネルギーの伝搬には、例えば回折による伝搬音響エネルギーの広がりが含まれることを理解されたい。

図２は、無指向性音響ディフレクタ１８の斜視図であり、円錐形外面２２と上面２４とを示している。無指向性音響ディフレクタ１８および音響ドライバ１２の断面図および切り欠き斜視図をそれぞれ示す図３Ａ及び図３Ｂも参照されたい。音響ディフレクタ１８の上面２４は、スピーカーシステムの差動中に、音響ドライバ１２の面２７の中央に配置された中央ダストキャップ２５の変動に適合するように形状化される。音響ディフレクタ１８の従来の円錐形は、音響ドライバ１２の面２７及びダストキャップ２５と、音響ディフレクタ１８の円錐状の外面２２及び上面２４と、の間の容積における共振により、特に図４の破線曲線２６で示されるようなより高い音響周波数において、音響スペクトルの顕著な色付けをもたらす。

図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、単一の下向き音を出す音響ドライバ１２の下に配置された無指向性音響ディフレクタ３０を有する無指向性スピーカーシステム５０の一例の斜視図、断面図および切り欠き斜視図をそれぞれ示す図である。無指向性音響ディフレクタ３０は、以下に説明するように、音響スペクトルに対する共振の悪影響を低減するように構成される。図示されたスピーカーシステム５０は、異なる構造的かつ材料的な特徴を有する無指向性音響ディフレクタ３０を除いて、図１Ａ、１Ｂ、および図１Ｃに示すスピーカーシステム１０と概して同様である。

図６Ａは、無指向性音響ディフレクタ３０の斜視図であり、以下に説明する吸音材４４を有する領域を含む。図６Ｂは、吸音材４４なしで示された無指向性音響ディフレクタ３０の切り欠き斜視図である。図４を参照すると、実線の曲線２８は、音響ディフレクタ３０を備える、図示された無指向性スピーカーシステム５０によって達成される音響スペクトルを示す。図２の指向性音響ディフレクタ１８を有する無指向性スピーカーシステム１０についての音響スペクトルを表す破線２６との比較は、音響ディフレクタ３０の使用に起因する改善された性能（すなわち、より平坦なスペクトル）を実証する。より長い音響波長（例えば、約１ＫＨｚ未満の周波数）での性能は、著しく異なることはない。

図示された音響ディフレクタ３０は名目的な円錐台形状を有する。他の例では、円錐の基部と頂点との間の円錐形外面３２の傾斜は一定ではない。例えば、表面３２は、放物線輪郭のような非線形傾斜輪郭、または、頂部を落とした回転双曲面によって説明される輪郭を有し得る。音響ディフレクタ３０の本体は、任意の適切な音響反射材料で作ることができる。例えば、本体は、プラスチック、石、金属または他の剛性材料、または、これらの任意の適切な組み合わせから形成され得る。

図示する例では、無指向性音響ディフレクタ３０は、音響スペクトルの改善に寄与する２つの特徴を含む。第１に、円錐形外面３２から４つの脚部３８の取付面３６までの半径方向延長部３４がある。音響ディフレクタ３０の本体内のこれらの「橋渡し」延長部３４は、音響反射面の円対称性を乱し、これにより、音響ドライバ１２と音響ディフレクタ３０との間の容積が円対称モードをサポートする能力を削減または排除することができる。他の例では、脚部３８および延長部３４の数、または、円錐の軸線（垂直な破線４０）から半径方向に延びる他の特徴部の数が異なる。

音響スペクトルの改善をもたらす無指向性音響ディフレクタ３０の第２の特徴は、音響反射面に沿って配置された吸音領域の存在である。図６Ｂは、吸音材４４が配置された（図６Ａ）円錐台の頂部における円錐軸４０の中心にある開口部４２におけるこれらの領域の１つを示す。この吸音材４４は、最も低い次数の円対称共振モードのピーク付近および近傍に存在する音響エネルギーを減衰させる。いくつかの実施形態では、開口部４２の直径は、音響スペクトルの望ましいレベルの平滑化を達成しながら、スピーカー１２から伝播する音響エネルギーの結果的な減衰が許容レベルに制限されるように選択される。

吸音材４４をそれぞれ含むスロットの形態の追加的な開口部４６は、名目的に円錐の外面３２の円周の部分に沿って配置される。一例では、円周は、円対称の音響共振モードの最大の圧力に対応する円錐半径である。例えば、円周は、共振モードの第２の高調波のピークにあり得る別の例では、円周は、円錐の基部半径の約半分の半径にある。

別の例では、半径方向延長部３４は、取り付け面３６からスロット付き開口部４６の円周の下方にある名目的に円錐の外面３２まで延在し、これにより、円周に沿って３６０°延在する単一の開口部を可能にする。この例では、円錐の外面３２の上部および下部は、単一の開口部によって分離されている。支持のために、本体のキャビティ内の１つまたは複数の構造的特徴部を用いて上部を支持し得る。

様々な実施態様において、吸音材４４は発泡体である。一例では、コーンの下の図６Ｂに示す音響ディフレクタ３０の本体のキャビティ内の開口領域は、発泡体が開口部４２，４６に隣接するか、または、開口部４２，４６内に延在するように、単一の体積の発泡体で充填される。あるいは、別個の発泡体構成要素を各開口部４２および４６に配置し、これにより、本体のキャビティの一部のみが発泡体によって占有される。一例では、発泡体は耐水性材料で被覆されている。一実施態様では、中央の開口部４２に存在する発泡体は、本体のキャビティ内に配置された円筒形状の発泡体要素の一端にある。

別の例では、吸音材４４は吸音布または吸音スクリーンである。布は、開口部４２および４６内に、または各開口部４２または４６に隣接する円錐の内部空洞の内側に配置され得る。布はある程度音響的に透過性であるが、異なる布を使用することによって、音響抵抗が調整され得る。有利なことに、布は、音響ディフレクタ本体の円錐部分の内側面（面３２の反対）が布で裏打ちされ得るので、１つまたは複数の大きな容積の発泡体を使用する必要性を回避する。さらに、布は、耐水性コーティングを施す必要なく耐水性を有し得る。いくつかの実施形態に適した布の一例は、ニューヨーク州ソマーズのＳａａｔｉＴｅｃｈ Ｕ．Ｓ．Ａ．から入手可能なＳａａｔｉｆｉｌ Ａｃｏｕｓｔｅｘ １４５（登録商標）である。

有利には、吸音材４４によって占有されていない音響ディフレクタ本体内の空洞の容積の少なくとも一部を残すことにより、占有されていない容積を電子部品などの他のシステム構成要素によって占有されることが可能になり、無指向性スピーカーシステム５０のサイズを小さくできる。

図７に示される別の実施例では、無指向性サテライトスピーカーシステム６０は、一対の音響ドライバを含む。各音響ドライバは、垂直音響エンクロージャ６２内に固定される。音響ドライバの一方は、上方に音響エネルギーを提供するように構成され、他方の音響ドライバは、反対方向に向くように配置され、音響エネルギーが下方に伝播する。システムは、音響ドライバのそれぞれ１つの面の近くに配置され、上記の様々な例に記載された吸音材を有する２つの無指向性音響ディフレクタ６４をさらに含む。このようなシステムは、垂直寸法は最も長い寸法でありながらコンパクトかつ細くすることができる。一例では、無指向性サテライトスピーカーシステム６０は、図５Ａに示すスピーカーシステム５０にそれぞれ類似する２つのスピーカサブシステムを含む。スピーカサブシステムの一方は、垂直に反転され、他方のスピーカサブシステムに隣接している。このように構成された無指向性サテライトスピーカーシステムは、より小さなアクティブドライバを採用して、単一のアクティブドライバシステムの同じ音響出力を達成することができ、したがって、より小さなフットプリントを有することができる。

一般的に、本願明細書に記載の原理による無指向性音響ディフレクタは、スピーカーと音響ディフレクタとの間に変更された音響共振量を提供することによって、音響平滑化フィルタとして機能する。吸音領域のサイズおよび位置を調整することにより、音響スペクトルを調整して音響スペクトルを修正することが可能になることが理解されるだろう。同様に、音響反射面のプロファイルは、非線形（すなわち、完全な円錐面から変化する）であってもよく、音響スペクトルを変更するように画定され得る。さらに、音響反射面における非円対称の延長部、例えば、上述の半径方向の延長部を利用して、許容可能な音響スペクトルを達成することができる。

多くの実施例が説明されてきた。それにもかかわらず、本願明細書で説明された発明の概念の範囲から逸脱することなく、追加的な変更がなされ得ることが理解されるだろう。

１０ 無指向性スピーカーシステム
１２ 音響ドライバ
１４ エンクロージャ
１５ 側壁
１６ パッシブラジエーター
１８ 音響ディフレクタ
１９ 垂直脚部
２０ 開口部
２２ 円錐形外面
２４ 上面
２５ ダストキャップ
２７ 面
３０ 無指向性音響ディフレクタ
３２ 円錐形外面
３４ 半径方向延長部
３６ 取付面
３８ 脚部
４０ 円錐軸
４２ 開口部
４４ 吸音材
４６ 開口部
５０ 無指向性スピーカーシステム
６０ 無指向性サテライトスピーカーシステム
６２ 垂直音響エンクロージャ
６４ 無指向性音響ディフレクタ

Claims (28)

1. 概して円錐形の外面と、上面と、円錐軸と、を含む円錐台形状を有し、音響反射面を備えた音響反射体であって、前記円錐軸を中心とする開口部を前記上面に有する音響反射体と、
   音響反射を抑えるための吸音材であって、前記吸音材が前記音響反射面に沿って配置されるように、前記上面における前記開口部に配置された吸音材と、
   前記音響反射体の径方向外側に設けられる脚部であって、前記脚部の取付面上に音響エンクロージャが取り付け可能な脚部と、
   前記概して円錐形の外面から前記脚部の前記取付面まで半径方向に延在する半径方向橋渡し延長部と、を備えることを特徴とする無指向性音響ディフレクタ。
2. 前記概して円錐形の外面は、非線形傾斜プロファイルを備えることを特徴する請求項１に記載の無指向性音響ディフレクタ。
3. 前記吸音材は、発泡体を備えることを特徴とする請求項１に記載の無指向性音響ディフレクタ。
4. 前記吸音材は、吸音布を備えることを特徴とする請求項１に記載の無指向性音響ディフレクタ。
5. 前記音響反射体は、音響共振モードの最大の圧力に関連する円錐形半径において前記概して円錐形の外面の円周に沿って配置された少なくとも１つの開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の無指向性音響ディフレクタ。
6. 前記音響共振モードは、円対称モードであることを特徴とする請求項５に記載の無指向性音響ディフレクタ。
7. 前記音響反射体は、音響共振モードの最大の圧力に関連する円錐形半径で前記円錐形の外面の円周の周りに延在する開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の無指向性音響ディフレクタ。
8. 前記音響共振モードは、円対称モードであることを特徴とする請求項７に記載の無指向性音響ディフレクタ。
9. 前記少なくとも１つの開口部に配置された吸音材をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の無指向性音響ディフレクタ。
10. 前記円錐形の外面の周囲に延在する前記開口部に配置された吸音材をさらに備えること特徴とする請求項７に記載の無指向性音響ディフレクタ。
11. 前記円錐形の外面は、頂部を落とした回転双曲面によって画定されることを特徴とする請求項１に記載の無指向性音響ディフレクタ。
12. 前記概して円錐形の外面から半径方向に延在する少なくとも１つの非円対称面をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の無指向性音響ディフレクタ。
13. 音響エンクロージャ；
    前記音響エンクロージャ内に配置された下方に音を出す音響ドライバ； 及び、
    前記音響エンクロージャ内において前記音響ドライバの下方に配置されて前記音響ドライバから伝搬する音響エネルギーを受ける無指向性音響ディフレクタ
    を備えるスピーカーシステムであって、
    前記無指向性音響ディフレクタが、
    概して円錐形の外面と、上面と、円錐軸と、を含む円錐台形状を有し、音響反射面を備えた音響反射体であって、前記円錐軸を中心とする開口部を前記上面に有する音響反射体と、
    音響反射を抑えるための吸音材であって、前記吸音材が前記音響反射面に沿って配置されるように、前記上面の前記開口部に配置された吸音材と、
    前記音響反射体の径方向外側に設けられる脚部であって、前記脚部の取付面上に前記音響エンクロージャが取り付け可能な脚部と、
    前記概して円錐形の外面から前記脚部の前記取付面まで半径方向に延在する半径方向橋渡し延長部と、を備える、ことを特徴とするスピーカーシステム。
14. 少なくとも１つのパッシブラジエーターをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のスピーカーシステム。
15. 前記音響エンクロージャは、音源からのオーディオ信号によって駆動されるように構成された一対の対向するパッシブラジエーターを備え、これにより、前記各対向する一対のパッシブラジエーターは、互いに同相で音響的に駆動され、前記音響エンクロージャの振動を最小にすることができることを特徴とする請求項１３に記載のスピーカーシステム。
16. 前記無指向性音響ディフレクタの前記概して円錐形の外面は、非線形の傾斜プロファイルを備えることを特徴とする請求項１３に記載のスピーカーシステム。
17. 前記音響反射体は、音響共振モードの最大の圧力に関連する円錐形半径で前記円錐形の外面の円周に沿って配置された少なくとも１つの開口部を備えることを特徴とする請求項１３に記載のスピーカーシステム。
18. 前記音響共振モードは、円対称モードであることを特徴とする請求項１７に記載のスピーカーシステム。
19. 前記少なくとも１つの開口部に配置された吸音材をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のスピーカーシステム。
20. 前記音響反射体は、音響共振モードの最大の圧力と関連する円錐形の半径で前記円錐形の外面の円周の周りに延在する開口部を備えることを特徴とする請求項１３に記載のスピーカーシステム。
21. 前記音響共振モードは円対称モードであることを特徴とする請求項２０に記載のスピーカーシステム。
22. 前記開口部に配置され、前記円錐形の外面の円周の周りに延在する吸音材をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載のスピーカーシステム。
23. 前記概して円錐形の外面から半径方向に延びる少なくとも１つの非円対称面をさらに備える、請求項１３に記載のスピーカーシステム。
24. 音響エンクロージャ；
    前記音響エンクロージャ内に配置された下方に音を出す音響ドライバ；
    前記音響エンクロージャに配置され、前記下方に音を出す音響ドライバに隣接する上方に音を出す音響ドライバ；
    前記下方に音を出す音響ドライバの前記下方で前記音響エンクロージャ内に配置され、そこから伝搬する音響エネルギーを受ける第１の無指向性音響ディフレクタ； 及び、
    前記上方に音を出す音響ドライバの前記上方で前記音響エンクロージャ内に配置され、そこから伝搬する音響エネルギーを受ける第２の無指向性音響ディフレクタ；
    を備えるスピーカーシステムであって、
    前記第１および第２の無指向性音響ディフレクタそれぞれは、
    概して円錐形の外面と、上面と、円錐軸と、を含む円錐台形状を有し、音響反射面を備えた音響反射体であって、前記円錐軸を中心とする開口部を上面に有する音響反射体と、
    音響反射を抑えるための吸音材であって、前記吸音材が前記音響反射面に沿って配置されるように、前記上面の開口部に配置された吸音材と、
    前記音響反射体の径方向外側に設けられる脚部であって、前記脚部の取付面上に前記音響エンクロージャが取り付け可能な脚部と、
    前記概して円錐形の外面から前記脚部の前記取付面まで半径方向に延在する半径方向橋渡し延長部と、を備えることを特徴とするスピーカーシステム。
25. 前記第１および前記第２の無指向性音響ディフレクタそれぞれの前記音響反射体は、音響共振モードの最大の圧力に関連する円錐形半径で前記円錐形の外面の円周に沿って配置された少なくとも１つの開口部を備えることを特徴とする請求項２４に記載のスピーカーシステム。
26. 前記音響共振モードは、円対称モードであることを特徴とする請求項２５に記載のスピーカーシステム。
27. 前記少なくとも１つの開口部に配置された吸音材をさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載のスピーカーシステム。
28. 前記概して円錐形の外面から半径方向に延在する少なくとも１つの非円対称面をさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載のスピーカーシステム。