JPH05509211A - パネル形スピーカ - Google Patents

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】 パネル形スピーカ 本発明は、拡声器スピーカの場合のような薄いスピーカ断面を必要とする用途に 適した、共振マルチモード放射器（＋ｅ＋ｏｎｉｎｌ　ｍｏｌｉｉ−ｍｏｄｅ　 ＋１ｄｉｘｔｏ＋）を使用するパネル形スピーカに係わる。本スピーカは１に近 い変換効率を示し、従って、スピーカからの高い音響パワー出力を必要とする用 途に適している。

従来のスピーカは、音響出力を発生させるために、実質的に全体的に往復動され る振動板又はそれに類似した要素を使用する。その振動板の運動は、振動板駆動 装置の駆動に応答してその振動板が前進後退するように、その表面全面に亙って 同相でなければならず、特に、このことは、そのスピーカがその帯域に亙って作 動することが必要とされる周波数帯に関係する振動板の性質と大きさによって実 現される。こうしたスピーカは、振動板の共振モードを適切に減衰させることに よって、その振動板の第１共振周波数よりも高い周波数で作動することが可能で あるが、こうしたスピーカでは、その振動板は主に、その振動板が共振モードを 示す周波数より低い周波数において作動し、このことは、スピーカに対して、望 ましくない空間的及び／又は周波数上の制限を加える。共振周波数の閾値を高め るために小さな振動板が使用されるが、こうした小さな振動板は低周波数におい ては十分な放射器ではない。

現在使用されているスピーカには２つの主な種類があり、これらの両方は、往復 駆動される振動板を使用する。第１の種類のスピーカは静電スピーカであり、こ のスピーカでは、その振動板は、振動板と、その振動板の背後に僅かに間隔を置 いて配置された固定バックプレートとの間に生じる電荷差によって駆動される。

静電スピーカは、広い周波数帯に亙って高忠実度出力を生じさせることが可能で あり、拡声器用途に適した比較的平らな形状である。しかし、こうした静電スピ ーカは高価であり、しかも、そうしたスピーカの利点を減じる非常に低い変換効 率を有する。ピストン状振動板スピーカの他方の確立した形式は、電気機械駆動 装置によって駆動されるエツジ装着振動板を含む従来のダイナミックスピーカで ある。こうしたダイナミックスピーカは比較的狭い帯域を有し、静電スピーカよ りは効率が高い放射器であるけれども、依然として低い変換効率を有する。この 形式のスピーカでは、振動板の前進出力と後退出力の間の有害な干渉を防止する ことが必要である。このことは、一般的に、堅固な箱形ハウシングの前部面に振 動板が装着されることを必要とし、従って平パネル形態を不可能にする。

拡声器用途に少なくとも適した周波数帯を有する高変換効率の平パネル形スピー カを提供することが、本発明の目的である。

この目的は、新規性のある仕方で作動するスピーカを製作するために、幾つかの 最新の複合パネルによってもたらされる可能性を使用することによって実現され る。例えば、軽量のスペーシングコアｊ＋ｐｘ＋ｉｎｇ　ｃａｒｔ）がその開に サンドイッチされた薄い構造用外板を含む複合パネルが航空宇宙構造物のために 一般的に使用され、こうした複合パネルの幾つかが、請求の範囲に記載されたス ピーカにおいて使用されることが可能である。幾つかのサンドインチ状パネル材 料が、例えば西独特許明細書ＧＢ２０１０６３７＾、ＧＢ　２０Ｈ６９１＾、Ｇ Ｂ　２０２３３７５八に開示されるように、従来のダイナミックスピーカにおけ る振動板構造に以前に使用されたことがあるが、本出願人の知る隔り、そうした パネル材料が本発明の方法で共振マルチモード放射器として使用されることは、 これまでになかった。

□　Ｑ 請求の範囲に記載された発明は、横セル状構造（ｌｅａｎ目ｅｒ口＋＋１ｌｕｌ ｘ＋　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）のスペーシングコアを有する、２つの材料外 板で形成された単一のサンドイッチ状パネルであり、且つ、前記パネルが全方向 において少なくともＩＯの「曲げスチフネス（Ｂ）」対「単位長面積当たりのパ ネル質量　（μ）の３乗」比率を有するようなパネルである、共振マルチモード 放射器要素と、減衰をもたらさずに自由状態に前記パネルを支持する又は前記パ ネルを支持本体に固着する装着手段と、前記スピーカのための作動周波数帯内で 電気入力に応答して放射器パネル内でマルチモード共振を励振する働きをすべく 放射器パネルに結合された電気機械駆動手段とを含むパネル形スピーカである。

上記の定義で使用され本明細嘗内の他の場所で使用される術語「横セル状構造」 は、パネル材料の厚さを通って延びるコアセル（ｃａｒｔ　ｃｅｌｌ）を有する 、ハニカムコア形状と、非六角形のコア断面を有する他のセル状基礎コア構造（ ｃｅｌｌｎｌｚ＋　ｂ＋＋ｅｄｃｏｔｅ　ｃｏ＋＋！ｌ＋ｕｃｌｉｏｎ）とを意 味する。

本発明の上記の定義において、及び、本明細書と請求項の全体において、使用さ れる単位の全てはＭＫＳ単位であり、具体的には上記のバラグラフにおいてＮ層 とＭ／ｓ２である。本出願人は上記の比率の値をｒＴＪと呼び、上記に明記され たＴ値が請求められる仕方で放射器パネルが適正に機能することが可能であるた めに必要である。好ましくは、Ｔの値は１００以上であるべきである。このＴ値 は、そのスピーカがその一致周波数（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ　ｆｒｅｑａｅａ ｅ７）　（下記参照）より高い周波数において意図通りに作動している時の、放 射器パネルの音響変換効率の測定値である。高Ｔ値は、薄い金属外板を有するｌ ＼ニカムコア付きパネルの使用によって最も適切に得られる。現時点で好ましい パネルのタイプは、そのコアと外板との両方がアルミニウムかアルミニウム合金 で作られた、ハニカムコア構造と薄い外板とを有するパネルである。そうしたパ ネルの場合、２００以上のＴ値が得られることが可能である。充実プレート材料 の場合には、どんな材料であっても、Ｔの必要最小値を与えることは恐らく不可 能だろう。充実鋼製パネルは、どんな厚さであっても、必要なＴ値よりもかなり 低い約０５のＴ値を有するだろう。等軸補強を伴った充実炭素繊維補強プラスチ ックシートは、約０．８５のＴ値を有するだろうが、このＴ値も必要最小値を太 きく下回っている。請求の範囲に記載されたスピーカの作動モードは、実買的に 「往復状」の振動板運動を有する従来技術の振動板スピーカとは根本的に異なっ ている。前述のように、そうした従来のスピーカは、振動板の往復且つ同相の運 動を生じさせるように意図され、更には、その振動板のモード共振運動をスピー カ周波数帯から排除するように振動板を設計することによって、及び／又は、振 動板のモード共振運動を抑制するために適切な減衰を組み入れることによって、 その振動板のモード共振運動を避けるように意図される。これとは対照的に、本 発明は従来の振動板を全く組み入れず、むしろ、往復的、非共振的な仕方でパネ ルを動かすことによってではな（、パネルにおける共振モードの励振によって機 能するマルチモード放射器として、上記基準に合致するパネルを使用する。この 作動モードにおける相違は、「スチフネス」対「質量」の基準から、エツジ減衰 の回避と、放射器パネル内での内部減衰層等の不在とから、更には、複合パネル の一致周波数と基本周波数との両方を上回る周波数における放射器の動作から、 結果的に生じる。

「−数周波数」とは、その周波数において放射器パネルの曲げ波動速度が空気中 の音速に一致する周波数である。スピーカの一致周波数を上回る周波数において 最新の複合サントイ・フチ形パネルの多くが効率的に放射するが故に、この−数 周波数は、スピーカの効率的な動作のための一種の閾値である。その放射器パネ ルの一致周波数が必要帯域に合致するか又は必要帯域より低くなる、所与の周波 数帯に適した放射器パネルを製作することが、本明細書で提供される情報を使用 して可能であり、その結果として、スピーカが、電気機械駆動手段からの機械的 入力の殆ど全てを音響出力に変換するだろう。高い変換効率というこの特徴が、 共振マルチモード放射器に基づくシステムにおける潜在的な問題点を克服するが 故に、このことは単なる要件以上のものである。（ここで示される設計規則に従 った適切な材料の選択によって実現されることが可能な）高い変換効率は、パネ ル材料内の内部構造減衰によって又はパネル運動の故に強いられる減衰によって というよりはむしろ音響減衰によってパネル運動が抑制される時に得られる。こ れが得られる時には、音響歪みは小さいだろう。

上記で示されたｒＴＪ基準におけるｒＢＪの値は、迅速な屈曲作用を受ける時の パネルのスチフネスというよりはむしろパネルの静的曲げスチフネスである。し かし、コア内の剪断運動一つ の影響の増大に起因する周波数の増大に伴って、この曲げスチフネスが減少する 。この剪断運動の作用が最少化されることが重要であり、これは、十分に高い剪 断弾性係数を有する／＜ネルの使用によって得られることが可能である。この必 要条件は第２の基準を導き、この策２の基準とは、コアの剪断弾性係数（Ｇ）が 、関係「μｃ２／ｄＪ（前式中のｒｃＪは空気中の音速であり、「ｄ」はパネル コアの深さである）によって与えられる値に等しいか、それよりも大きくなけれ ばならないということである。この表現を別の式「μｃ２／ｄ、Ｇ＞ＩＪに再配 列することが好都合である。

本発明の２つの代表的な形態が、次のような添付図面を参照しながら以下に実施 例として説明される。

図１は、フレームに装着されたスピーカの背部から見た等角図である。

図２は、天井に装着されたスピーカの側面図である。

図１に図解されたスピーカは、共振マルチモード放射器１と、吊り下げループ３ によって放射器がそこから吊り下げられる簡単な支持フレーム２と、電気機械励 振器４を含む。放射器１は、アルミニウム合金外板を有するアルミニウム合金／ １二カムサンドイッチ構造の長方形パネルを含む。このパネルの詳細と寸法決定 規則は後述される。電磁励振器４は軸５を有し、更に、この軸５が放射器パネル ｌの背面に押し当たり、励振器４に電気信号が供給される時にその軸の往復運動 によって放射器パネル１を励振するように、電磁励振器４が支持フレーム２の上 に装着される。軸５とパネル１との間の接触点において、摩損と損傷に耐えるよ うにパネルがパッチ６によって補強される。放射器パネル１を優先的に対称モー ドで励振することを防ぐために、そのパネルの中心点付近のパネル上の箇所では なく、そのパネルの１つの隅に近いパネル上の箇所において、励振器４が放射器 パネル１を励振するように、励振器４が配置される。

励振器４の慣性質量と放射器パネル１の慣性質量とが、効率的な動力伝達のため に、励振器４と放射器パネル１の間の効率的な慣性結合を確保するように適合さ せられる。

図２に示される、本発明のスピーカの第２の実施例は、後述される幾つかの余り 重要でない詳細部分を除けば、図１を参照して前述されたスピーカの実施例の類 似物である。これらの２つの図における共通の部品に対して、共通の参照番号が 使用される。

このスピーカの第２の実施例は、支持フレームから吊り下げられるというよりは むしろ天井７から吊り下げられる。放射器パネルが天井から垂れ下げられるとい うよりはむしろ天井の下に配置されるように、前述の第１の実施例における２つ の吊り下げループの代わりに、４つの吊り下げループが使用される。

励振器４は放射器１の上方に配置される。

上記の２つのスピーカ実施例は、全く同一の仕方で作動し、且つ、そのスピーカ の必要周波数帯に関係するパネル材料の選択とパネルの構造と大きさに関して、 同一の設計規則に従う。

両方とも前述されたｒＴＪ基準と「剪断弾性係数」基準は、パネル寸法とスピー カ周波数レンジよりはむしろパネル形状とパネル材料に関係する。特定の周波数 レンジに関して最適化されたスピーカを製作するためには、下記で示される幾つ かの設計規則に言及することが有益である。

そのスピーカの必要周波数レンジの最低周波数よりもパネルの基本周波数が低く なければならないが故に、スピーカの必要周波数レンジの下限がパネルの基本周 波数に制限を与える。更ニ、パネルの一致周波数も、そのスピーカの必要周波数 レンジの最低周波数より低くなければならない。−数周波数（ｆｌ）はパネル面 積とは無関係であり、次式によって与えられる。

特定のスピーカに関する必要帯域は、ｆ　の値を決定し、従ってμとＢの間の関 係を生じさせる。基本周波数（ｆ、）の値も決定されるならば、ｆＩが次の近似 式によって与えられるが故に、この基本周波数の値が、パネル面積に関する近似 値を決最後に、パネルのコア内で第１の空気共振が起こる周波数は、スピーカの 周波数上限より高くなければならない。この周波数＜ｆ　）は、更に別の式によ って次のように与えられ、ｆ　＝Ｃ／２．６ 前式中でｄはパネルコアの深さである。従って、この式は、スピーカの周波数帯 域に従ってパネルコアの深さを決める。

以下では、設計上で考慮すべき点が、ｌｍＸ１ｍ正方形のアルミニウム外板付き アルミニウムハニカムコア複合体を含む放射器パネルを使用する１つのスピーカ 実施例を参照して、−例として説明される。このパネルの場合は、コア深さは０ ．０４＋ｎであり、各々の外板の厚さはＯ，０００３ｍである。このパネルの場 合には、Ｂが１８８５０　Ｎ１ｍであり、μが３３１１ｋｇ／ｌｔｆであり、Ｔ が４８８Ｎ−７／ｋｇ２である。

ｆ　方程式から、ｆ　は［１ｇ８５０／３Ｊ８ｘ　１コ”’　＝　７５Ｈｔであ る。

ｆ　方程式から、ｆ　は〔３，３１１ｘ　３４０’　／　４　ｘ　３．１４１６ ２ｘｅ　ｔ １８８５０］　ｌ／２＝　２４６Ｈ＋である。

ｆ　方程式から、ｆ　は３４０／　２　Ｘ　Ｑ、　０４＝　４２５０Ｈｒである 。

暑 そのパネルの剪断スチフネスは、そのパネル平面内の方向に応じて変化する。ｒ ＧＪの最小値の軸の場合には、式「ｕ、ｃ２／Ｇ、ｄ、Ｊは０．０５６の値を有 し、ｒＧＪの最大値の軸の場合には、上記式が０１２２の値を有する。これらの 値は、両方とも限界値「１」よりもずっと小さく、従って、意図された周波数帯 に亙って、そのスピーカの性能がコア剪断運動によって制限されることがないだ ろうということを示す。

こうした計算に基づいて、上記で詳説された材料で作られた１ｍＸ１＋ｒ＋正方 形の形状の放射器パネルを特徴する請求の範囲に記載されたスピーカが、高変換 効率と低歪みをその帯域内で有する２５０＋１Ｚ〜４　ｋＨｔの周波数帯域を有 するだろうということが推測されるだろう。そうした帯域が拡声器スピーカにと って非常に適切であるだろうということが予想される。

要　約 パネル形スピーカが共振マルチモード放射器パネルを有し、従来のスピーカに必 要とされる往復運動とは対照的に、この共振マルチモード放射器パネルが、その パネル内のマルチモード運動によって高い放射効率を生じさせるために、そのパ ネルの基本周波数と一致周波数との両方を上回る周波数において励振される。こ の放射器パネルは、ハニカムコア又はそれに類似したコアを有する外板付き複合 体であり、更に、このパネルは、少なくともＩＯ１好ましくは少なくとも１００ の「曲げスチフネス」対「単位面積当たりのパネル質量の３乗」比率（ｍｋ＋単 位）を有するようなパネルでなければならない。アルミニウム外板とアルミニウ ムハニカムコアとを有する複合体が、この更に厳格な基準に容易に合致すること が可能である。

□　ロ 国際調査報告 特表千５−５０９２１１　（６）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．パネル形スピーカであって、 横セル状構造のスペーシングコアを有する、２つの材料外板で形成された単一の サンドイッチ状パネルであり、且つ、前記パネルが全方向において少なくとも１ ０の「曲げスチフネス（Ｂ）」対「単位表面積当たりのパネル質量（μ）の３乗 」比率を有するパネルである共振マルチモード放射器要素と、減衰をもたらさず に自由状態で前記パネルを支持するか又は前記パネルを支持本体に固着する装着 手段と、前記スピーカのための作動周波数帯内で電気入力に応答して放射器パネ ル内でマルチモード共振を励振する働きをすべく放射器パネルに結合された電気 機械駆動手段とを含む前記パネル形スピーカ。
2. ２．前記放射器要素を構成する前記サンドイッチ状パネルが、少なくとも１００ の「Ｂ／μ３」比率を有するようなパネルである請求項１に記載のパネル形スピ ーカ。
3. ３．前記放射器要素を構成する前記サンドイッチ状パネルの外板とコアが、アル ミニウム又はアルミニウム合金を含む請求項１又は２に記載のパネル形スピーカ 。
4. ４．前記電気機械駆動手段が、前記放射器パネルの第１共振周波数と一致周波数 との両方を上回る基本周波数成分を有する電気駆動信号を供給される請求項１か ら３のいずれか一項に記載のパネル形スピーカ。
5. ５．添付図面を参照して概ね上記で説明された通りである、請求項１に記載のパ ネル形スピーカ。