JPH02288499A

JPH02288499A - スピーカ用ホーン

Info

Publication number: JPH02288499A
Application number: JP1111781A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yoshioka; 努吉岡
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1990-11-28
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: DE4013636C2; GB9009364D0; FR2646578B1; GB2231473B; JP3116119B2; US5285025A; GB2231473A; CA2015517A1; CA2015517C; DE4013636A1; FR2646578A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、広い周波数帯域にわたり定指向性の得られ
るスピーカ用ホーンに関するものである。

（従来の技術）従来この種の定指向性ホーンとして１次の（１）〜（３
）に示すものが知られている。

［１）第２０図（ａｌ　、　ｆｂｌのホーン垂直、水平
断面図に示すホーン側壁は、直線、ｙ＝ａｘ＋ｂの組み合わせで表わされている（例えば、特開昭５４−
１２７２４号公報参照）。

（２）第２１図（ａ）、（ｂ）のホーン断面図に示すホ
ーン側壁は、ｙ＝ａｏ（１＋αＸ　）″ ｎはホーン開口側でｎ　＋　０２１　＋スロート側で０
２１＞ｎ＋１、で表わされている（例えば、特開昭５７
−７６９９５号公報参照）。

（３）第２２図に示すホーン側壁は１本の円弧で構成さ
れている（例えば、特開昭６１−２１２１９８号公報参
照）。

（発明が解決しようとする課題）ところが、前記（１）の従来例に於いては、指向角を制
御しやすい長所がある反面、ホーンの断面積変化がコニ
カル・ホーンに近いため、低音の放射特性が暴れるとい
う短所があった。

また、前記（２）記載の従来例では、ホーン側壁が２種
類のベッセル曲線で構成され、ホーン断面積変化が滑ら
かなため、低音の放射特性の暴れは少ない反面、ホーン
の開き角が、スロート端から変化し始めるために、指向
角の制御に適しないという難点があるとともに、２本の
曲線をどこでつなぐのか、設計上不、明確であるという
問題があった。

さらに、前記（３）の従来技術の場合は、断面積変化が
滑らかで、低音の放射特性は良いが、前記（２）の例と
同様に、指向角の制御に難点があった。

そこで、この発明は前記従来の問題点を解消するために
成されたものであり、その目的とするところは、広い帯
域にわたってより均一な指向角特性と、より高い音圧特
性を得ることが可能なスピーカ用ホーンを提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するためのこの発明の要旨は。

水平・垂直方向の指向性を制御するほぼ直交配置された
２対４個の側壁のうち、１対の対向側壁はスロート側の
第１区間と開口側の第２区間との２つの区間からなり、
それぞれのＩＩＩ壁カーブが次式％式％（ａ、ｂ、ｃは第１．第２区間で異なる定数）によって
決定されたスピーカ用ホーンに存する。

これら両区間の境界に於て、上式の微分係数が等しくな
るように構成されている。

また、水平・垂直方向の指向性を制御する２対の側壁の
うち、他の１対の側壁は２つの区間からなり、スロート
に近い区間は直線、ホーン開口に近い区間は円弧から側
壁形状が構成されたスビカ用ホーンにある。これらの区
間の境界に於いて、円弧の接線角度は直線部の角度と等
しくなるように設けられている。

さらに、開口端の形状が、ホーン内部を伝藩してきた音
波の等位相線にほぼ一致するように、側壁の形状を決定
したスピーカ用ホーンに存する。

（作用）このように、−船釣に指向角の広い水平方向を制御する
ホーン側壁を、定数項＋エクスポネンシャル項からなる
式によって構成することにより水平方向は均一な指向角
特性を維持しながら、周波数特性の低域から中域におい
てより高い音圧が得られる（第１８図乃至第１９図参照
）。

また、側壁の開口端に近い部分（通常全長の約１／２程
度）を円弧で構成することにより、開口端付近で音波が
より滑らかに側壁から離れるようになり、−船釣に指向
角が狭く、より正確な制御が要求される垂直方向にこの
方式を適用した場合でも、これにより低域のナローイン
グ現象を解消でき、広い帯域に渡って均一な指向角特性
が得られる（第８図乃至第１０図参照）。

さらに、ホーンの開口端がホーン内部を伝藩してきた音
波の波面（等位相面）にほぼ一致するように、側壁およ
び開口部の形状を決定していることにより、音波がホー
ン内部を伝藩するとき、水平・垂直断面における伝藩と
ホーン軸を外れた方向への伝藩とがほぼ同じ条件になる
ため、カバーエリア内においてさらに均一な放射パター
ンが得られる。

（実施例）次に、この発明の一実施例を、第１図から第１９図を参
照して説明する。

第１図は、水平方向の指向性を制御するため、左右対称
に対向して設けられた垂直側壁ｌ・２の基本形を示して
いる。これは、ホーン・スロート部３例の第１区間と、
ホーン開口４例の第２区間とに２分割されている。そし
て、それぞれの区間において、側壁ｌ・２のカーブは。

’Ｊ＝　ａ　＋　＋　ｂ　＋　ｅ””　　（第１区間）
ｙ＝　ａ　＊　＋　ｂ　ｘ　ｅ　ｃロ　（第２区間）の
定数項とエクスボネンシやル項を含む式によって定義づ
けられている。

第２図は、垂直方向の指向性を制御するため、上下対象
に対向配置された水平側壁５・６の基本形を示している
。この水平側壁５・６は、ホーン・スロート部３側の第
１区間とホーン開口４例の第２区間とに２分割され、そ
れぞれの区間における水平側壁の形状は。

’Ｊ　＝　ａ　＋　＋　ｂ　＋　ｘ　（第１区間）：直
線ｙ＝ｂ、±ｆ四耳；πＦ（第２区間）二円弧の直線と
円弧からなる式により決定されている。

このホーンは、水平、垂直方向でそれぞれ異なった式を
用いて側壁カーブを定義している。これは、垂直方向（
一般に指向角の狭い方）は指向性をより正確に制御し、
水平方向（一般に指向角の広い方）は、指向性を制御し
つつも低域の放射抵抗をより平坦にすることを目標にし
ているからである。しかし１両側壁に同じ式を用いてカ
ーブを定義することも、勿論可能である。

一般に、垂直方向の指向性制御には側壁が直線であるコ
ニカル・ホーンが優れていることは公知である。よって
、このホーンでは垂直方向の指向性制御にコニカルホー
ンを基本形として採用している。しかし、このコニカル
・ホーンの欠点として低域周波数において指向角が設計
値より狭くなる現象がある（ナローイング）、−例とし
て、設計値９０°に対し６３０Ｈ□で６０°になること
がある。これは開口端で側壁が直線のまま終っているた
め１回折により２次音を発生し、１次音との間で位相干
渉を起こすためである。これを防ぐ為に、第２図示の水
平側壁５・６では、前述の如く、ホーン開口４端付近で
、音波がより滑らかに水平ＩＩＩ壁５・６から離れるよ
うに、円弧で構成している。

第１図の垂直側壁１・２も直線十円弧とすることも可能
ではあるが、一般に、この場合低域の放射抵抗はコニカ
ル・ホーンと同等となってエクスポネンシャル・ホーン
より低くなる。

しかしながら、エクスポネンシャルホーンは定指向性に
はなり得ない、だから、定指向性を維持しつつよりエク
スポネンシャルに近いホーンとして、前述のように構成
している。

さらに、第３図および第４図に点線で示すように、仮想
点音源Ｑ。−Ｑｖからホーン内部を伝わる音波が同心円
状に進行し、水平型直両〔す壁から同時に離れて放射さ
れるように側壁が構成されている。これにより、より均
一な放射パターンが得られるとともに、従来例のホーン
長に比べてより短く構成し得る。

ここで、第１図に示した垂直側壁１・２の基本形におけ
る、各定数の定め方について述べる。その前に、ホーン
の目標性能として、目標指向角２ａ（度）、指向性制御
低域限界周波数ＦｔｌＨｚ）指向性制御高域限界周波数
ＦＨ（Ｈｚｌとする。

＋１）　スリット７における接線角度α１：ａ　＋　／
　ａ　”　０．８７〜０．９この接線とホーン中心軸Ｘ
との交点をＱＨとする。

（２）スリット７の幅２Ｔ：Ｔ≦１０３．８／　（Ｆ　Ｈ・ｓｉｎ　ａ）　　［ｍ　
　］（３）ホーン開口４の寸法２Ｗ。

Ｗ≧１０３．８／　（Ｆ　Ｌ−ｓｉｎ　ａ）　　［ｍ　
］（４）交点ＱＨとホーン開口端を結ぶ直線がホーン中
心軸Ｘとなす角度ａ。

（Ｉｚ／（２＝１．１７〜１．２１（５）ホーン長Ｌ：Ｌ＝Ｗ／ｌａｎ　　Ｇ　　）−Ｐ　　［ｍここで、Ｐ＝
：Ｔ／ｌａｎα。

（６）第１区間の長さＤ：Ｄ／Ｌ＝０．５６〜０．６２（７）交点Ｑ。と第１区間の側壁ｌ・２の終端とを結ぶ
直線がホーン中心軸Ｘとなす角度α２：α２／α＝０．
９〜０９５　（但し、α２＞α　１　）（８）第１区間の側壁ｌ・２の終端の幅２Ｈ：）（＝　
（Ｄ＋Ｐ）　ｔａｎ　ａ２［ｍ　］ここで、Ｐ＝Ｔ／１
ａｎａ＋以゛上の条件に基づき、第１・第２区間において、基本
式ｙ＝ａ＋ｂｅ■の各定数ａ　−ｃを求める。

（９）第１区間’Ｊ　＝　ａ　＋　＋　ｂ　＋　ｅ”’
″：ｘ＝０のとき、Ｖ＝Ｔ及びｄ　ｙ／　ｄ　ｘ　＝ｔ
ａｎ　ａｘ＝Ｄのときｙ＝Ｈ１これより、（１／Ｄ）ｉ
ｎ（（ＨＴ）　／ｂ　＋）　　ｔａｎ　ａ　＋／ｂ　Ｉ
　＝Ｑこの式から、数値計算によりす１求める（簡単な
解析解を見るのは困難）、ｂ、が得られると他の定数は
それぞれ。

ａ　＋　＝Ｔ　　ｂ　１、Ｃ＋　＝　ｊａｎ　（Ｚ　＋
　／　ｔ）　Ｉとなる。

（ｌＯ）第２区間ｙ＝ａ　、　＋ｂ　２　ｅ””　：第
２区間の始点をｘ＝０とすると、ｘ＝Ｏのときｙ＝Ｈ及びｄ　３’　／　ｄ　Ｘ　＝　ａ
　＋　ｂ　＋ｅ　”’ ｘ　＝　Ｌ　−Ｄのときｙ＝ｗ、これより（１／　　（
Ｌ−Ｄ））１　ｎ　　（（Ｗ−Ｈ）／ｂ　２））ｂ　　
＋　　Ｃ＋　　ｅ　”’　　／　ｂ　　ａ　　＝　０こ
れより第１区間と同様、数値計算によりｂ２を求める。

ｂ２より他の定数はそれぞれ、ａ２＝Ｈｂ２、Ｃｔ　＝　ｂ　ＩＣ＋　ｅ　””／　ｂ
　ｚとなる。

以上で各区間における基本式の各定数が決定し側壁の形
状が決定する。

次に、第２図に示したホーン垂直断面の水平側壁５・６
の基本形における。各定数の定め方は、次の通りである
。

目標性能（２ａ、ＦＨ及びＦＬ）は水平方向と同様に設
定するが、各個は必ずしも水平方向と同一とは限らない
。

（１）第１区間の直線がホーン中心軸Ｘとなす角度α　
　　　　：ａ　、／ａ＝０．９０〜０９５この直線とホーン軸との交点をＱＨとする。

（２）スリット８の幅２Ｔ。

Ｔ≦１　０３．　８／　　（Ｆ、　　−５ｉｎ　　ａ）
　　［ｍ　　］なお、２Ｔの値がドライバ・ユニットの
スロート径より小さい場合は、−旦２Ｔまで絞り込むも
のとする。

（３）開口４の寸法２Ｗ：Ｗ≧１０３．８／　（Ｐ　Ｌ　−５ｉｎ　ａ）　　［ｍ
　］（４）交点Ｑｖとホーン開口端を結ぶ直線がホーン
中心軸Ｘとなす角度ａ、：ａ＝／ａ＝Ｌ、２１−１．２８（５）ホーン長Ｌ：Ｌ　＝Ｗ／ｌａｎ　ａ　ｘ−Ｐ　［ｍ　］ここで、　Ｐ
　＝　Ｔ　／　ｔａｎ　（２＋（６）第１区間の長さＤ
：Ｄ／Ｌ＝０．５２〜０，５７前記＋１）　、　＋２１　、　＋６１に記載の条件によ
り第１区間の直線が決定される。

（７）第２区間の円弧：第２区間の始点で、第１区間の直線に接し、ホーン開口
端を通る円弧は作図により求められる。

以上で、水平・垂直両方向の側壁の基本形が決定される
。

最終的に、ホーン対向側壁の曲面形状は、次の様にして
形成されている。

即ち、第１図・第２図において、音波はホーン内部を、
それぞれ交点ＱＨ−Ｑｖを仮想点音源とする同心円状に
伝藩してゆ（ものとする、音波がホーン開口端に達した
状態を第３〜４図に示す。

このとき、水平・垂直両断面において、波面がホーン軸
と交わる点がホーン軸上で一致するように、水平・垂直
側壁のホーン軸方向の位置が決定される。

次に、水平断面を交点ＱＶを中心として角度Ｏから０３
間で回転させる。この状態を第５〜７図に示す。

まず、α３度回転させたときに、水平側壁の第１区間（
直線部分）の側壁が形成される。同時に、垂直側壁ｌ・
２間のスリット７は円弧状となる。

角度α１〜ａ、の間の水平ωり壁５・６は次のようにし
て決定されている。

ｆｌｌ水平断面において、交点ＱＨを中心とする半径Ｒ
，間での多数の同心円弧を想定する。

＋２１　　ｆ１＋の同心円弧を交点Ｑｖを中心に角度α
。

〜α３の間で回転させる。

（３）各円弧の中点が水平側壁５−６の基本形と交わっ
た位置にその円弧を順次配置してい（。

（４）最終、角度α１間で回転したとき、ホーン開口端
での波面を表わす円弧ＣＩ４はＣＨ′に移動し、これを
もって水平側壁５・６の終端とする。

垂直側壁１・２は、第３図の水平断面に示す垂直側壁ｌ
・２の基本形を、前述のように交点Ｑ。

を中心として、角度Ｏからα、まで回転させたときの基
本形の軌跡として形成され、前記水平側壁５・６との交
線で切り取られ、最終の垂直側壁ｌ・２となる。

第５図の水平断面において、スロート９からスリット７
までのホーン・スロート部３の側壁は、スロート９の断
面積からスリット７の円弧状の断面積まで、エクスポネ
ンシャルに増加するように決定されている。

以上の順序で最終的なホーン側壁カーブが形成されてい
る。

実際の設計例として、水平９ｏ°、垂直４０”の定指向
性ホーンの各定数を次に示す。

垂直側壁ｌ・２（２α＝９０”　）の各定数。α１＝４
０．５°　（ａ　、／ａ＝０．９）、Ｔ＝１２゜５　（
ｍｍ）、Ｗ＝３８０　（ｍｍ）、ａ　ｓ　＝５３゜２°
　（α３／α＝１．１８）、Ｌ＝２７４．５（ｍｍ）、
Ｄ＝１７０　（ｍｍ）（Ｄ／Ｌ＝０．６２）　、　ａ　
２　＝４１．９°　（α２／ａ＝０．９３）Ｈ＝１６４
．８　（ｍｍ）。

第１区間ａ、＝−１５２０．９．ｂ、＝１５３３．４．
Ｃ、＝５．５７Ｘ　Ｉ　Ｏ−’第２区間ａｔ＝９５．１
．ｂａ＝６９．７．Ｃ。

＝１．３５ＸｌＯ−２水平側壁（２α＝４０°）、α、＝１８．６゜（ａ　ｌ
／ａ＝０．９３）、Ｔ＝２０　（ｍｍ）’、Ｗ＝３４７
．５　（ｍｍ）、α３＝２４．６°　（α３／ａ＝１．
２３）、Ｌ＝７１４．９　（ｍｍ）、Ｄ＝３９４．８　
（ｍｍ）（Ｄ／Ｌ＝０．５５）。

第８〜１４図に、本発明実施例における。指向角制御特
性の測定データを、示し、さらに、第１８〜１９図に周
波数特性及び従来例との比較ブタを示している。

第１５図（ａ）Ｖは９０＠　（水平）のホーンの指向角
特性比較図であり、実施例による特性は従来例に比較し
て、４に８２〜１０ｋＨ，で広くなる傾向はあるが、高
域は２０ｋＨ，まで制御されていることがわかる。

第１５図（ｂ）は同じく４０°Ｖ（垂直）の比較図であ
り、ｌ　ｋ　Ｈｚ以上で実施例のものは設計値により近
く、バラツキも少なく、しかも、２０ｋＨ，まで制御で
きていることが読み取れる。

また、帯域内（６３０〜１６　ｋ　Ｈ２）での指向角の
平均値と偏差幅はそれぞれ４３°と１５°であり従来例
より優れている。

第１６図（ａ）のデータは６０　＠Ｈの比較図であり、
８００８２以上で実施例のほうがより設計値に近く、暴
れも少ない。

又、指向角の平均値と偏差幅は６４°と１９であり従来
例より優れている。

第１６図（ｂ）　のデー９は、４０　’Ｖの比較図であ
り、１ｋＨ，以上で同様に設計値により近く。

バラツキも少なく、そして高域は２０ｋＨ２まで制御さ
れていることを示している。指向角の平均値と偏差幅は
４４°と１８°で、従来例より優れている。

次に、第１７図（ａ）は、４０°Ｈの比較図であり、低
域から１６ｋＨｚまでで実施例のものが設計値（目標指
向角）により近く、バラツキも少ない、指向角の平均値
と偏差幅は４３°と１４で従来例より優れている。

第１７図（ｂ）＋１２Ｑ　°Ｖ（７）比較図テアｒ＋、
ｌｋＨ，からｔ６ｋＨｚまでで目標指向角により近く、
バラツキも少ないことがわかる。指向角の平均値と偏差
幅は２２°と１）’で従来例より優れている。

これらの比較データより、本発明実施例のホーンは指向
角が公称値（設計値）により近く、かつ偏差も少ないこ
とがわかる。特に直線十円弧からなる側壁により制御さ
れる垂直方向は優れており、４０°Ｖでは高域は２０ｋ
Ｈ２まで制御できている。

第１８〜１９図には、実施例によるホーンと従来例のホ
ーンとを同一ドライバ・ユニットで駆動し、ｌ　ｍ　１
　ｗの条件で測定したデータを記している。

実施例のデータを実線、従来例のデータを点線で示し、
実施例が出力音圧で上回っている部分を斜線で示してい
る。

これらのデータを比較すると、５００）（２〜２ｋＨ，
の領域で実施例のほうが明らかに優れている。これはこ
の帯域で放射抵抗が高いことを示しており、水平方向の
側壁ｌ・２を定数＋エクスポネンシャルで構成したこと
による作用効果、及び開口端を等位相面に一致させたこ
とによる作用効果が現われているといえる。

このように、指向角制御特性及び周波数特性の比較で、
従来例のものよりも明らかに優っていることが確認しつ
る。そして、これらのデータ上の優位性は、ホーンの設
計技術の確かさと、ホーン側壁及びホーン開口端の形状
に起因してえられたものといえる。

（発明の効果）上述の通り、この発明によれば、定指向性ホーンに於い
て、広い周波数帯域にわたり、目標指向角により近く、
かつ、偏差の少ない特性を得ることができ、また、周波
数特性もより平坦で、がっ、出力音圧もより高い特性を
得ることができるという顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１９図は１本発明実施例の構成図及び特性
図であり、第１図と第３図はホーン垂直側壁の基本形の
断面図、第２図と第４図は水平側壁の基本形の断面図、
第５図は垂直側壁の断面図。第６図は水平側壁の断面図、第７図はホーンの正面図、
第８図乃至第１０図は指向特性図、第１）図乃至第１４
図はポーラ・パターン図、第１５図乃至第１７図は従来
例との指向角特性の比較図、第１８図と第１９図は従来
例との周波数特性の比較図、第２０図乃至第２２図は従
来例を示す断面図である。ｌ・２・・・対向垂直側壁、３・・・ホーン・スロ部、
４−・−ホーン開口、５・６・・−水平ＩＩ＋壁、７・
・・スリット、９・・−スロート。第１図２ｃ。交０１に２に５に１０に２０に一趙り σ０ｑθ 第１８図ｑｏ＠　＜水手）ｉｕＤ’（壬り

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ほぼ直交する２対４個の側壁を有するスピーカ用
ホーンに於いて、少なくとも１対の対向側壁をホーン中心軸に沿ってスロ
ート側の第１区間と開口側の第２区間とに２分割すると
ともに、前記対向側壁を次式ｙ＝ａ＋ｂｅ＾ｃ＾ｘａ，ｂ，ｃ：第１区間と第２区間とでそれぞれ異なる定数で表わされる形状により構成したスピーカ用ホーン。
（２）スロート側第１区間と開口側第２区間との境界に
於いて側壁形状を決定する式の微分係数を等しくした請
求項（１）記載のスピーカ用ホーン。
（３）スロート部のスリットに於ける接線角度α＿１と
目標指向角αとの比が α＿１／α＝０．８７〜０．９０角度α＿１なす接線とホーン中心軸の交点Ｑ＿Ｈとホー
ン開口端を結ぶ直線がホーン中心軸となす角度α＿３と
目標指向角αとの比が α＿３／α＝１．１７〜１．２１第１区間のホーン長Ｄとホーン全長Ｌとの比がＤ／Ｌ＝
０．５６〜０．６２交点Ｑ＿Ｈと第１区間の側壁の終端を結ぶ直線がホーン
中心軸となす角度α＿２と目標指向角αとの比が α＿２／α＝０．９０〜０９５但し、α＿２＞α＿１と成るように側壁の形状を構成した請求項（１）又は請
求項（２）記載のスピーカ用ホーン。
（４）ほぼ直交する２対４個の側壁を有するスピーカ用
ホーンに於いて、少なくとも１対の対向側壁をホーン中心軸に沿ってスロ
ート側の第１区間と開口側の第２区間とに２分割すると
ともに、前記対向側壁の形状を第１区間は直線で構成し第２区間
は円弧で構成したスピーカ用ホーン。
（５）スロート側第１区間と開口側第２区間との境界に
於いて直線の角度と円弧の接線角度とを等しくした請求
項（４）記載のスピーカ用ホーン。
（６）第１区間の直線がホーン中心軸となす角度α＿１
と目標指向角αとの比を α＿１／α＝０．９０〜０．９５直線とホーン中心軸の交点Ｑ＿ｖとホーン開口端を結ぶ
直線がホーン中心軸となす角度α＿３と目標指向角αと
の比を α＿３／α＝１．２１〜１．２８第１区間のホーン長Ｄとホーン全長Ｌとの比がＤＬ／＝
０．５２〜０．５７の範囲となるように側壁の形状を構成した請求項（４）
又は請求項（５）記載のスピーカ用ホーン。
（７）ホーン開口端の形状がホーン内部を伝藩してきた
音波の等位相線にほぼ一致するように側壁の形状を構成
した請求項（１）又は請求項（４）記載のスピーカ用ホ
ーン。
（８）スロート部の垂直方向のスリット長（２Ｔ）がこ
こに結合されるドライバ・ユニットのスロート径より小
さい値となる場合は、ドライバ・ユニット結合部とスリ
ットとの間を一旦（２Ｔ）の長さとなるように絞り込ん
で構成した請求項（１）又は請求項（４）記載のスピー
カ用ホーン。
（９）ほぼ直交する２対４個の対向側壁を有するスピー
カ用ホーンに於いて、１対の対向側壁カーブをｙ＝ａ＋
ｂｅ＾ｃ＾ｘに基づいて構成し、ほかの１対の対向側壁
カーブを直線と円弧に基づいて構成したスピーカ用ホー
ン。