WO2004086812A1

WO2004086812A1 - スピーカシステム用音波案内構造およびホーンスピーカ

Info

Publication number: WO2004086812A1
Application number: PCT/JP2004/004232
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Kubota
Original assignee: Toa Corporation
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2004-10-07
Also published as: JP4351209B2; US7735599B2; JPWO2004086812A1; CN1765148A; US20070080019A1; CN1765148B

Abstract

スピーカシステム用音波案内構造は、入口開口11から出口開口12までを連通する音道を備えている。該音道は入口開口11から出口開口12に至るまでの間で複数段に分岐している。そしてこの分岐によって、入口開口11から出口開口12に至るまでの複数の音波案内経路が形成されている。

Description

明細書スピーカシステム用音波案内構造およびホーンスピーカ

[技術分野]

この出願に係る発明は、音波を所定の経路に沿って案内することにより、該経路から放射される音波の波面を制御するための、スピーカシステム用音波案内構造およびこれをスロート部に適用したホーンスピーカに関する。

[背景技術]

スピーカシステムにおいて、出口開口から放射されるまでの音の経路を調整しようとする試みがある。例えば、スリット状の出口開口を有するハウジング内に内部部材を設け、この内部部材の周囲に形成される音波案内経路において、入口開口から出口開口に至るまでの全ての最短経路をほぼ同一長さにしょうとするものもある。これによつて出口開口から放射される音波の位相を全体的に同位相とし、波面（同位相面）を矩形平面状にしょうとするのである（例えば、米国特許第 5, 163， 167号明細書参照）。

しかし、放射される波面を矩形状以外の形状、例えば、凹曲面状ゃ凸曲面状となるように設計することは困難であるし、内部部材という特別な部材の設置が必要なことから、部品点数の増加や製造工程の煩雑化を招いている。また、この様な構造自体が非常に複雑である。

[発明の開示]

本願発明は、比較的単純な構造でありながら、音波の略全ての伝搬経路を略同長さとして、放射される音波を同位相とするように設計することもでき、また、凹曲面^ (犬ゃ凸曲面状の波面を放射するように設計することもできるような、つまり放射される音波の波面を任意にかつ正確に制御できるようなスピーカシステム用音波案内構造を提供することを目的とする。上記課題を解決するために、この出願発明に係るスピーカシステム用音波案内構造は、入口開口から出口開口までを連通する音道を備え、該音道が該入口開口から該出口開口に至るまでの間で複数段に分岐し、該分岐によって、該入口開口から該出口開口に至るまでの複数の音波案内経路が形成されている。

かかる構造によれば、各音波案内経路は、入口開口から各分岐点を通過しながらの出口開口に至る経路となる。音波は各分岐点を通過するように伝搬するので、音波の伝搬経路は一律に定まり、音波の全ての伝搬経路をほぼ完全に予想することができる。よって、単純な構造でありながら、波面の制御を正確になすことができる。

上記スピーカシステム用音波案内構造において、該複数の音波案内経路が、該入口開口から該出口開口に至るまで線状に伸延するようにしてもよい。音波案内経路が線状に伸延するので、音波は該経路の中心軸線に沿って伝搬すると考えることができ、音波の伝搬経路をより正確に把握することができる。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、，該複数の音波案内経路の中心軸線全体が含まれる面は平面状であってもよいし、曲面状または折曲面状であってもよい。平面状とすることにより、スピーカシステム用音波案内構造の製造が容易となる。例えば、該平面を接合面として対称をなす 2の部品を、該接合面で接合することによって音道を形成することもできる。また、曲面状または折曲面状とすることにより.. スピーカシステム用音波案内構造を全体的に小型にすることもできる。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該出口開口がスリツ卜状に形成され、該音道の各分岐点において、該音波案内経路が該スリッ卜の長手方向に分岐するようにしてもよい。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該スリット状の出口開口が直線状に伸延するようにしてもよい。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該スリツト状の出口開口が凸曲線状に湾曲して伸延するようにしてもよい。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該スリット状の出口開口が凸円弧状に湾曲して伸延するようにしてもよい。また上記スピ一カシステム用音波案内構造において、該スリツト状の出口開口が凹曲線状に湾曲して伸延するようにしてもよい。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該スリット状の出口開口が凹円弧状に湾曲して伸延するようにしてもよい。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該複数の音波案内経路の略全ての経路長が略同一になるようにすると、出口開口の全体から音波が同位相で放射される。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該スリット状の出口開口の中央部に近い箇所に出口を有する音波案内経路ほど経路長が短くなるようにしてもよい。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該スリット状の出口開口の中央部に近い箇所に出口を有する音波案内経路ほど経路長が長くなるようにしてもよい。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該経路長が、分岐点の直後における経路の幅方向の中心点を経過する線に沿った長さであるであるようにすると、出口開口から音波の波面をより厳密に制御できる。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該複数の音波案内経路の内の少なくとも一の音波案内経路において、少なくとも一部が曲線状に伸延するようにすると、該経路において、急激な折り曲がり部ができないように設計することができる。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該複数の音波案内経路の内の少なくとも一の音波案内経路において、少なくとも一部が S字状に伸延するようにすると、該経路において、急激な折り曲がり部ができないように設計することができる。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該複数の音波案内.経路の内の少なくとも一の音波案内経路において、該音道の該入口開口と該出口開口との中間部で高さが最も大きくなるようにすると、該経路において、極端に幅広の部分ができることを防止できる。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、該音波案内経路の高さが最も大きくなる箇所が該音道の分岐点又はその近傍であるようにすると、該経路の分岐点が極端に幅広となることを防止できる。

また上記スピーカシステム用音波案内構造において、分岐した音道が合流する合流点を有するようにしてもよい。

また上記スピーカシステム用音波案内構造を、ホーンスピーカのスロート部に適用することもできる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。 [図面の簡単な説明]

図 1は、本願発明のスピーカシステム用音波案内構造をスロート部に採用したホ一ンスピーカの図であり、（a ) は正面図、（b ) は右側面図、（c ) は平面図である。

図 2は、図 1のホーンスピーカを縦靳して斜め下方から見た図である。

図 3は、図 1 ( a ) における A— A線矢視断面図である。

図 4は、ホーンスピーカの平面図であり、 ( a ) は音波案内経路の中心軸線の全体が曲面に含まれるように構成したホーンスピーカを、（b ) は音波案内経路の中心軸線の全体が折曲面に含まれるように構成したホーンスピーカを、それぞれ示す。

図 5は、種々の形態の音道を有するホーンスピーカのスロート部の縦断面図である。

図 6は、本願発明を採用したホーンスピーカの使用例を示す図である。

図 7は、ホーンスピーカの縦断面図である。

図 8は、音道の設計方法の例を示すための、音道の模式図である。

図 9は、音波案内構造を有するスロート部の縦断面図である。

図 1 0は、図 9 ( b ) ( c ) に示すような音道の形態の変形例を説明するための音道の模式図である。

図 1 1は、ホーンスピーカの縦断面図である。

図 1 2は、ホーンスピーカを縦断して斜め下方から見た図である。図 1 3は、ホーンスピ一力における音道を縦断面で分割したときの、一方側を示す図である。

図 1 4は、ホーンスピーカを 3台隣接させて、その指向性を測定して得られた特性図である。

[発明を実施するための最良の形態]

この出願発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。まず図 1〜 3を参照しつつ、本願発明の一実施形態たるスピーカシステム用音波案内構造をス口一ト部に採用したホーンスピーカの基本的な構造を説明する。

図 1は、ホーンスピーカ 1の図であり、（a ) は正面図、（b ) は右側面図、 ( c ) は平面図である。このホーンスピーカ 1は、左右対称かつ上下対称の構造を有する。ホーンスピーカ 1は、主に、スロ一ト部 10と、ホーン部 21とから構成されている。この型のホ一ンスピーカ 1は、ドライバユニットを取り付けて使用されるものであり、比較的広い周波数範囲に渡り、一定の指向性を得ることができる。スロート部 10の基端には円形のフランジ 22が設けられている。このフランジ 22 は、ドライバユニットを取り付けるための部分である。スロー卜部 10の先端はホーン部 21の基端に連続している。図 1 ( a ) の正面図において、その略中央部分に縦長の矩形状のスリットが表れているが、このスリッ卜はスロート部 10の出口開口 12である。

図 2は、ホーンスピーカ 1を縦断して斜め下方から見た図である。図 2に表れた切断面は、図 1 ( a ) における A— A線矢視断面である。図 3は、図 1 ( a ) における A— A線矢視断面図である。ただし 0 3において、本来は図中の左側に表れるホ一ン部 21の先端部分は省略されている。

図 2、図 3から理解されるように、スロート部 10の基端部にはフランジ 22が設けられており、ここに入口開口 11が形成されている。また、スロート部 10の先端部には前述したスリット状の出口開口 12が形成されており、ここでスロート部 10 はホーン部 21と連続している。そして、スロー卜部 10の基端部から先端部に至るまでの間に音道が形成されている。

この音道は、複数段に分岐した分岐路により構成されている。各経路は線状に伸びており、音道は全体として、木の枝が分岐しながら先端に伸びるような分岐構造をなしている。

音道は、基端部（入口開口 11) において、 2の経路に分岐している。そしてこの分岐した各経路が、基端部と先端部との略中央点において、さらに 2に分岐している。この分岐した各経路は、さらに先端に行くに従い分岐を繰り返し、最終的に先端部のスリット状の出口開口 12にまで通じている。各分岐点において経路はスリット状の出口開口 12の長手方向に分岐している。

1の経路が 2の経路に分岐する分岐点が、基端部から先端部に至るまでに 5段階に渡って形成されている。これにより、音道は先端部において 3 2の出口 t l〜 t 32を有する。つまり、基端部から先端部に至る 3 2の経路（音波案内経路）が形成されている。

ホーンスピーカ 1の中心軸線 L1は、ホーンスピーカ 1の前後方向に一致する。先端部の出口開口 12は、図 3において上下方向に伸延するスリット状をなす。 3 2 の各経路（基端部の入口開口 1 1から先端部の出口開口 12に至る各経路）には、 5 の分岐点が含まれている。

第 1の分岐点はスロート部 10の基端部における分岐点である。この分岐点 Di で分岐した各経路は、ホーンスピーカ 1の中心軸線 L1に対して上下に略 3 0度の傾きをなす。

スロー卜部 10の基端部と先端部との略中央点にある第 2の分岐点 D2でも、経路は中心軸線 L1に対して上下に略 3 0度の傾きをなすように分岐する。

さらに第 2の分岐点 D2と先端部との略中央点にある第 3の分岐点 D3でも、経路は中心軸線 L1に対して上下に略 3 0度の傾きをなすように分岐する。

さらに第 3の分岐点 D3と先端部との略中央点にある第 4の分岐点 D4でも、経路は中心軸線 L1に対して上下に略 3 0度の傾きをなすように分岐する。

さらに第 4の分岐点 D4と先端部との略中央点にある第 5の分岐点 D5でも、経路は中心軸線 L1に対して上下に略 3 0度の傾きをなすように分岐する。

なお、スロ一ト部 10の音道には、第 1の分岐点 D1が 1箇所に、第 2の分岐点 D2 が 2箇所に、第 3の分岐点 D3が 4箇所に、第 4の分岐点 D4が 8箇所に、第 5の分岐点 D5が 1 6箇所に形成されており、全体として 3 1の分岐点が形成されているのであるが、図 3においてはその一部にのみ符号を付している。

音道はこのように形成されるので、入口開口 1 1から各出口 t l〜t 32至る 3 2の経路（音波案内経路）のすベての経路長は略等しい。よって、フランジ 22にドライバユニットを取り付け、このドライバユニットを駆動すると、スリット状の出口開口 12の全体から音波は同位相で放射され、波面（音波の同位相面）は矩形平面状となる。図 3における破線 L2は、出口開口 12 ( 3 2の出ロ〜132) から放射された直後の音波の波面を、模式的に示すものである。

音道の経路が分岐構造をなすので、この経路の中心軸線も同様の分岐構造をなす。図 1〜3からも理解されるように、 3 2の経路（音波案内経路）の中心軸線は、全体がある平面に含まれる。この平面は図 3の紙面に一致する平面である。このように、全ての経路の中心軸線全体が平面に含まれるように構成すると、スロート部 10の形状も平面的にすることができ、製造も容易になる。例えば、図 2 に示すような形状の部品を 2台製造し、この 2台の部品を接合することによって、 1台のホーンスピ一力を構成することもできる。このように同一形状の部品を使用できるので、金型費用を低減させることもできる。また、ホーンスピーカ全体ではなく、スロート部のみを、同一形状の 2台の部品を接合することによって構成することもできる。

以上、図 1〜3を参照しつつ、スロート部 10に本願発明の一実施形態たる音波案内構造を採用したホーンスピーカ 1の構造を説明した。

次に図 4を参照しつつ、本願発明の他の実施形態をスロート部に適用したホーンスピーカの構造を説明する。

図 1〜3に示すホーンスピーカ 1では、 3 2の経路（音波案内経路）の中心軸線の全体が、ある平面に含まれるように構成されている。一方、これら経路の中心軸線の全体が、曲面または折曲面に含まれるように構成することもできる。図 4は、このように構成したホーンスピーカ 31 , 33の平面図であり、（a ) は経路の中心軸線の全体が曲面に含まれるように構成したホーンスピーカ 31を、（b ) は経路の中心軸線の全体が折曲面に含まれるように構成したホーンスピーカ 32を、それぞれ示す。図 4 ( a ) ( b ) において、破線 L32，L34は、経路の中心軸線が含まれる面を示す。図 4のホーンスピーカ 31， 33において、図 1〜3のホーンスビー力 1と相違する点は、経路（音波案内経路）の中心軸線の全体が、平面に含まれるように構成されているか、曲面や折曲面に含まれるように構成されているかのみである。図 4のホーンスピーカ 31， 33における他の構造は、すべて図 1〜 3のホーンスピーカ 1と同一である。

図 4から理解されるように、経路の中心軸線の全体が曲面または折曲面に含まれるように構成することにより、スロート部の全長を短くすることもできる。特に、図 4に示すホーンスピーカ 31 , 33のように、スロート部の音道の入口開口 11が出口開口 12と略同一方向を向くようにすると、ドライバュニット 36がホ一ンスピ —力 31 , 33の後方に突出することがなくなるので、スピー力システム全体の小型化に寄与する。

以上、図 4を参照しつつ、本願発明の実施形態をス口一ト部に適用したホーンスピーカ 31， 33の構造を説明した。

次に図 5を参照しつつ、本願発明の他の種々の実施形態をスロート部に適用したホーンスピーカ 40, 50J0の構造を説明する。図 5 ( a ) 〜（c ) は、ホ一ンスピー力 40, 50， 60のスロート部の縦断面図である。

図 5 ( a ) に示すスロート部に形成された音道は図 3に示す音道と同様に-. 全ての経路の経路長が略同一となるように形成されている。つまり、各分岐点 D1 ，D2, D3において-, 1の経路が 2の経路に分岐している。

第 1〜3の分岐点 D1，D2, D3において、経路は図 5の左右方向に対して上下に略 3 0度の傾きをなすように分岐する。これにより、音道を形成する 8の経路（入口開口 41から各出口 t l〜t 8に至る経路）のすベての経路長が等しくなる。よって、スリット状の出口開口 42の全体から音波は同位相で放射され、波面（音波の同位相面）は矩形平面状となる。図 5 ( a ) における破線 L4は、出口開口 42 ( 8の出口 t l〜t8) から放射された直後の音波の波面を、模式的に示すものである。かかる構造により、ホーンスピーカ 40の指向角をなるベく小さくすることができる。図 5 ( b ) に示すスロート部に形成された音道は、スリット状の出口開口 52の中央部に近い箇所に出口を有する経路ほど、経路長が短くなるように構成されている。つまり、入口開口 51から出口 t4, t 5に至る経路の経路長が最も短く、入口開口 51から出口 t l , t8に至る経路の経路長が最も長くなるように形成されている。図中における第 2の分岐点 D2の上下方向位置は、出口 t4， t 5の上下方向位置と略同一である。

このようなスロート部の構造により、スリット状の出口開口 52において波面（音波の同位相面）は凸曲面状となる。図 5 ( b ) における破線 L5は、出口開口 52 ( 8の出口 t l〜t8) から放射された直後の音波の波面を、模式的に示すものである。

図 5 ( c ) に示すスロート部に形成された音道は、スリット状の出口開口 62の中央部に近い箇所に出口を有する経路ほど、経路長が長くなるように構成されている。つまり、入口開口 61から出口 t4, t 5に至る経路の経路長が最も長く、入口開口 61から出口 i l， t8に至る経路の経路長が最も短くなるように形成されている。図中における第 2の分岐点 D2の上下方向位置は、出口 t l， t8の上下方向位置と略同一である。

このようなスロート部の構造により、スリット状の出口開口 62において波面（音波の同位相面）は凹曲面状となる。図 5 ( c ) における破線 L6は、出口開口 62 ( 8の出口 U〜t 8) から放射された直後の音波の波面を、模式的に示すものであ。

図 5から理解されるように、音道を構成する分岐路の構造により、波面を種々の形状に制御することができる。つまり、波面の曲率のコントロールや指向角のコントロールを容易に行うことができる。

以上、図 5を参照しつつ、本願の種々の実施形態を採用したホーンスピ一力 40 ，50, 60の構造を説明した。

次に図 6を参照しつつ、本願の実施形態をスロート部に採用したホーンスピー力の使用例を説明する。図 6は、複数台 ( 9台) のホーンスピーカ 71〜79を隣接させ、かつ、ライン状に配置した音響システムである。このシステムにおいては、ホーンスピーカが直線状に配置された部分と曲線状に配置された部分とが存在する。直線状に配置されたホーンスピーカ71〜73, 77〜79には、図 5 ( a ) のような構造のスロ一ト部を有するホーンスピーカを用いる。そして、曲線状に配置されたホーンスピ一力 74〜76には、図 5 ( b ) のような構造のスロート部を有するホ —ンスピーカを用いる。すると概念的には、ホーンスピーカ71〜73，77〜79からは平面状の波面を持っ音波が放射され、ホーンスピーカ 74〜76からは凸曲面状の波面を持つ音波が放射される。そして、ホーンスピーカ 71〜79により構成される音響システム全体から、図 6の破線 L7に示すような、ホーンスピーカ 71〜79の配置形態と略相似の波面を得ることができる。これにより、隣り合うホーンスピーカ同士の位相干渉、特に高周波数帯域での位相干渉を回避することができる。

次に図 7を参照しつつ、本願発明のさらにもう一つの実施形態たるスピーカシステム用音波案内構造をスロート部に採用したホーンスピーカ 90の基本的な構造を説明する。図 7はホーンスピ一力 90の縦断面図である。但し、本来は図中の左側に表れるホーン部 21の先端部分は省略されている。

このホーンスピーカ 90は図 1〜3に示したホーンスピーカ 1とほぼ同様の構造を有するが、スロート部 10における音道の分岐形態のみが異なる。

このホーンスピーカ 90のスロート部 10の音道の分岐形態は、図 3に示した音道の分岐形態よりも若干複雑である。つまり、分岐点 D1と分岐点 D2との間にさらに分岐点 D11が形成されている。分岐点 D11からホーンスピーカ 90の内側に向かって分岐点 D3に至る経路の途中には、分岐点 D11で分岐した経路が合流する合流点 D12 が形成されている。経路は合流点 D12で合流した後、再度、 2方向に分岐している。つまり点 D12は分岐点でもあり合流点でもある。

また、分岐点 D2と分岐点 D3との間にも分岐点 D13が形成されている。分岐点 D 13 で分岐した経路のうちの一方は分岐点 D3において他の経路と合流しており、他方も分岐点 D4において他の経路と合流している。つまり、 4箇所に形成された分岐点 D3のうちの内側の 2つは、分岐点でもあり合流点でもある。また、 8箇所に形成された分岐点 D4のうちの 2つも、分岐点でもあり合流点でもある。

ホーンスピーカ 90は、このように構成されており、入口開口 11から各出口 t l〜 t32至る途中で分岐 '合流するいずれの経路を通るとしても、その経路長はすべて略等しくなる。よって、フランジ 22にドライバユニットを取り付けて駆動させると、スリツト状の出口開口 12の全体から音波は同位相で放射される。

次に、音道の設計方法の一例を示す。図 8は、音道の設計方法の例を示すための、音道の模式図であり、（a ) は、出口開口 112が直線的に伸延するスリット状である音波案内構造の音道を、（b ) は、出口開口 122が凸曲線状に湾曲して伸延するスリット状である音波案内構造の音道を、（c ) は、出口開口 132が凹曲線状に湾曲して伸延するスリット状である音波案内構造の音道を、それぞれ示す。より具体的に説明すると、（b ) の出口開口 122は、凸円弧状に湾曲して伸延するスリツ卜状であり、 ( c ) の出口開口 132は、凹円弧状に湾曲して伸延するスリット状である。

第一番目に、図 8 ( a ) を参照しつつ、出口開口 112が直線的に伸延するスリツト状である音波案内構造の設計方法を説明する。

まず、出口開口 112における両端の出口（出口 t lと出口 t 5) の位置を定める。出口 t lと出口 ί 5を結ぶ直線 S1に沿って、スリット状の出口開口 1 12が定められる。次に、出口 t lと出口 t 5を結ぶ直線 S1の 2等分点上に、出口 t3の位置を定める。次に、出口 t lと出口 t 3を結ぶ直線の 2等分点上に、出口 t 2の位置を定める。次に、出口 13と出口 15を結ぶ直線の 2等分点上に、出口 t4の位置を定める。以上により、直線 S1上に、等間隔で、五の出口 t l， t 2, ί.3, t4, t 5が位置づけられる。

次に、出口 t3を通過し直線 SIと直交する法線 n3上の任意の点に、第 1の分岐点

D1の位置を定める。

次に、出口 t 2を通過し直線 S1と直交する法線 n2と、分岐点 D1と出口 Uとを結ぶ直線との交点上に-, 第 2の分岐点 D2の位置を定める。

次に、出口 11と出口 12を結ぶ直線の 2等分点を通過し直線 S 1と直交する法線 n 1 2と、分岐点 D2と出口 Uとを結ぶ直線との交点上に、第 3の分岐点 D3 (一番上の第 3の分岐点 D3) の位置を定める。同様に、出口 12と出口 13を結ぶ直線の 2等分点を通過し直線 S1と直交する法線 1123と、分岐点 D2と出口 13とを結ぶ直線との交点上に、第 3の分岐点 D3 (上から 2番目の第 3の分岐点 D3) の位置を定める。

以上により、図 8 ( a ) における法線 n3よりも上の領域における、 4の音波案内経路を規定することができた。つまり、分岐点 D1から出口 Uまで直線的に伸延する第 1の経路と、分岐点 D1から一番上の第 3の分岐点 D3まで直線的に伸延してからその分岐点 D3で折れ曲がり出口 t 2に達する第 2の経路と、分岐点 D1から第 2 の分岐点 D2まで伸延してから分岐点 D2で折れ曲がり、分岐点 D2から上から 2番目の第 3の分岐点 D3まで伸延してからその分岐点 D3で折れ曲がり、出口 t 2に達する第 3の経路と、分岐点 D1から第 2の分岐点] )2まで伸延してから分岐点 D2で折れ曲がり、分岐点 D2から出口 t3まで直線的に伸延する第 4の経路と、である。第 2の経路と第 3の経路とは、出口 t2で合流している。

図 8 (a) における法線 n3よりも下の領域においても、法線 n3よりも上の領域におけるのと同様の方法によって、 4の経路を規定することができる。

このようにして、経路長が同一である八の音波案内経路を持つた音道を設計することができる。 '

出口開口 112が直線的に伸延するスリット状であり、かつ、八の音波案内経路の経路長が同一であるので、出口開口 112から放射される音波の波面は直線状となる。以上、図 8 (a) を参照しつつ、出口開口 112が直線的に伸延するスリット状である音波案内構造の設計方法を説明した。

第二番目に、図 8 (b) を参照しつつ、出口開口 122が凸円弧状に湾曲して伸延するスリッ卜状である音波案内構造の設計方法を説明する。

まず.. 凸円弧状の出口開口 122を定める。図 8 (b)の出口開口 122は、中心角が 1 5度の凸円弧状をなす。そして、出口開口 122における両端の出口 (出口 Uと出口 t5) の位置を定める。出口 tlと出口 t5は円弧 S2で結ばれる。

次に、出口 tlと出口 t5を結ぶ円弧 S2の 2等分点上に、出口 t3の位置を定める。次に、出口 tlと出口 t3を結ぶ円弧の 2等分点上に、出口^の位置を定める。次に、出口 13と出口 15を結ぶ円弧の 2等分点上に、出口 M.の位置を定める。以上により、円弧 S2上に、等間隔で、五の出口 tl， t2， t3， t4, t5が位置づけられる。

次に、出口 t3を通過し円弧 S2と直交する法線 n3上の任意の点に、第 1の分岐点 D1の位置を定める。

次に、出口 t2を通過し円弧 S2と直交する法線 ιι2と、分岐点 D1と出口 Uとを結ぶ直線との交点上に、第 2の分岐点 D2の位置を定める。

次に、出口 tlと出口 t2を結ぶ円弧の 2等分点を通過し円弧 S2と直交する法線 nl 2と、分岐点 D2と出口 Uとを結ぶ直線との交点上に、第 3の分岐点 D3 (—番上の第 3の分岐点 D3) の位置を定める。同様に、出口 t2と出口 t3を結ぶ円弧の 2等分点を通過し円弧 S2と直交する法線 n23と、分岐点 D2と出口 t3とを結ぶ直線との交点上に、第 3の分岐点 D3 (上から二番目の第 3の分岐点 D3) の位置を定める。以上により、図 8 (b) における法線 n3よりも上の領域における、 4の音波案内経路を規定することができた。つまり、分岐点 D1から出口 tlまで直線的に伸延する第 1の経路と、分岐点 D1から一番上の第 3の分岐点 D3まで直線的に伸延してからその分岐点 D3で折れ曲がり出口 t2に達する第 2の経路と、分岐点 D1から第 2 の分岐点 D2まで伸延してから分岐点 D2で折れ曲がり、分岐点 D2から上から 2番目の第 3の分岐点 D3まで伸延してからその分岐点 D3で折れ曲がり、出口 t2に達する第 3の経路と、分岐点 D1から第 2の分岐点 D2まで伸延してから分岐点 D2で折れ曲がり、分岐点 D2から出口 t3まで直線的に伸延する第 4の経路と、である。第 2の経路と第 3の経路とは、出口 t2で合流している。

図 8 (b) における法線 n3よりも下の領域においても、法線 n3よりも上の領域におけるのと同様の方法によって、 4の経路を規定することができる。

このようにして、経路長が同一である八の音波案内経路を持った音道を設計することができる。

出口開口 122が凸円弧状に湾曲して伸延するスリット状であり、かつ、八の音波案内経路の経路長が同一であるので、出口開口 122から放射される音波の波面は出口開口 122の形状と同様に、凸円弧状となる。

以上、図 8 (b) を参照しつつ、出口開口 122が凸円弧状に湾曲して伸延するスリッ卜状である音波案内構造の設計方法を説明した。

第三番目に、図 8 (c) を参照しつつ、出口開口 132が凹円弧状に湾曲して伸延するスリッ卜状である音波案内構造の設計方法を説明する。

まず、凹円弧状の出口開口 132を定める。図 8 (c)の出口開口 132は、中心角が 15度の凹円弧状をなす。そして、出口開口 132における両端の出口 (出口 tlと出口 t5) の位置を定める。出口 tlと出口は円弧 S3で結ばれる。

次に、出口 Uと出口 t5を結ぶ円弧 S3の 2等分点上に、出口 t3の位置を定める。次に、出口 Uと出口 t3を結ぶ円弧の 2等分点上に、出口 t2の位置を定める。次に、出口 ί3と出口 t5を結ぶ円弧の 2等分点上に、出口 t4の位置を定める。以上により、円弧 S3上に、等間隔で、五の出口 U, t2, t3, t4， t5が位置づけられる。

次に、出口 t3を通過し円弧 S3と直交する法線 n3上の任意の点に、第 1の分岐点 D1の位置を定める。次に、出口 t 2を通過し円弧 S3と直交する法線 n2と、分岐点 D1と出口 t lとを結ぶ直線との交点上に、第 2の分岐点 D2の位置を定める。

次に、出口 Uと出口 t 2を結ぶ円弧の 2等分点を通過し円弧 S3と直交する法線 nl 2と、分岐点 D2と出口 t lとを結ぶ直線との交点上に、第 3の分岐点 D3 (—番上の第 3の分岐点 D3) の位置を定める。同様に、出口 t 2と出口 t 3を結ぶ円弧の 2等分点を通過し円弧 S3と直交する法線 1123と、分岐点 D2と出口 t 3とを結ぶ直線との交点上に、第 3の分岐点 D3 (上から二番目の第 3の分岐点 D3) の位置を定める。

以上により、図 8 ( c ) における法線 n3よりも上の領域における、 4の音波案内経路を規定することができた。つまり、分岐点 D1から出口 t lまで直線的に伸延する第 1の経路と、分岐点 D1から一番上の第 3の分岐点 D3まで直線的に伸延してからその分岐点 D3で折れ曲がり出口 t 2に達する第 2の経路と、分岐点 D1から第 2 の分岐点 D2まで伸延してから分岐点 D2で折れ曲がり、分岐点 D2から上から 2番目の第 3の分岐点 D3まで伸延してからその分岐点 D3で折れ曲がり、出口 t2に達する第 3の経路と、分岐点 D1から第 2の分岐点 D2まで伸延してから分岐点 D2で折れ曲がり、分岐点 D2から出口 t3まで直線的に伸延する第 4の経路と、である。第 2の経路と第 3の経路とは、出口 t 2で合流している。

図 8 ( c ) における法線 n3よりも下の領域においても、法線 n3よりも上の領域におけるのと同様の方法によって、 4の経路を規定することができる。

出口開口 132が凹円弧状に湾曲して伸延するスリット状であり、かつ、八の音波案内経路の経路長が同一であるので、出口開口 132から放射される音波の波面は出口開口 132の形状と同様に、凹円弧状となる。

以上、図 8 ( c ) を参照しつつ、出口開口 132が凹円弧状に湾曲して伸延するスリット状である音波案内構造の設計方法を説明した。

この図 8に示す設計方法で各分岐点が設定された音道は、他の位置に分岐点が設定された音道に比べて、入口開口（図 8の例では分岐点 D1近傍）から出口開口までの経路長が短くなる。つまり、図 8に示す設計方法は、入口開口から出口開口までの経路長が最も短くなるように設計する方法でもある。よって、この設計方法で設計された音道をスロート部に適用したホーンスピ一力を、他のスピーカ（例えばウーハ）と組み合わせて使用すると、他のスピーカに対する時間遅れが最小となる。換言すると、この時間遅れをディレイ装置などで補正するに際し、補正時間（例えばディレイ装置に設定するディレイタイム）が最小ですむ。

以上、図 8を参照しつつ、音道の設計方法の一例を示した。

次に、図 9〜図 1 3に基づき、音波案内経路において、ある分岐点から次の分岐点に至るまでの経路の形状を、経路の幅も考慮して設計する方法の例を説明する。

図 9は、音波案内構造を有するスロート部 111， 110の縦断面図であり、例えば、図 3におけるスロ一ト部 10の縦断面図に相当する図である。

図 9 (a) (b) (c) に示すスロート部 110， 111の音道の構造は、基本的には図 8 (b) に示す構造と同様である。よって、出口開口 142,143が凸円弧状に湾曲して伸延するスリット状となっている。

図 9 (a) には、スロート部 110の縦断面が示されているが、この図における一点鎖線は、音波案内経路の中心線である。この中心線の形態は、図 8 (b) を参照しつつ説明したのと同様の方法で設計されたものである。この中心線を中心にして、所定の幅を持った音波案内経路が、スロート部 110に形成されている。問題点を理解しやすくするため、図 9では経路の幅を、誇張して広く表している。分岐点 D1から出口 tl, t2, t3, t4, 15に至る各経路を音波が伝搬する。各経路の経路長は、一点鎖線で示した中心線に沿った長さである。音波が分岐点 D1から出口 il， i2, ί3, ί4, に到達するために要する時間は、経路長を音速で除して得られる時間に等しい考えることができる。よって、図 9 (a) のスロート部 110においては、音波がいずれの経路を伝搬したとしても、分岐点 D1から出口 tl,t2, t3, t4，t5 まで伝搬する時間は等しい。

図 9 (a) に示すスロート部 110では、分岐点 D1から分岐点 D2に至る経路が 2本あり、分岐点 D2から分岐点 D3に至る経路が 4本ある。分岐点 D1から分岐点 D2に至る経路の幅は一定であり、分岐点 D2から分岐点 D3に至る経路の幅も一定である。また、分岐点 D1から分岐点 D2に至る経路の幅と、分岐点 D2から分岐点 D3に至る経路の幅は、同一である。よって、分岐点 D2から分岐点 D3に至る経路の幅の総和は、分岐点 D1から分岐点 D2に至る経路の幅の総和の 2倍である。つまり、分岐点 D2において、経路幅の総和が急激に拡大される。このことは滑らかな音波の伝搬が分岐点 D2において阻害される可能性を示している。この問題は分岐点 D3においても同様に生ずる。

図 9 (b) に示すスロー卜部 111では、この問題が解消されている。図 9 (b) における一点鎖線の形状は、図 9 (a) における一点鎖線の形状と全く同一である。図 9 (b) におけるスロート部 111では、この一点鎖線における分岐点 D1,D2 ，D3に、これら分岐点から 2方向に分岐する経路の側壁の交点を一致させている。これにより、分岐点 D2, D3において、経路幅の総和が急激に拡大するという問題が解消される。図 9 (b) から理解されるように、例えば、分岐点 D1から分岐点 D2 までの間において経路幅の総和は徐々に拡大されており、分岐点 D2から分岐点 D3 までの間においても経路幅の総和は徐々に拡大されている。分岐点 D2において経路幅の総和は急激に拡大してはいない。このことは分岐点 D3においても同様である。よって、図 9 (b) のスロート部 111においては、分岐点 D2,D3においても、滑らかに音波が伝搬することが期待できる。

前述したとおり、音波が分岐点 D1から出ロ， 3 4 5に到達するために要する時間は経路長を音速で除して得られる時間に等しい考えることができる。図 9 (c) に示すスロート部 111は、図 9 (b) に示すスロート部 111と同一のものである。図 9 (c) における二点鎖線は、スロート部 111における経路の中心線を示す。二点鎖線は、各分岐点 D1，D2,D3の直後において、経路の幅方向の中心点を経過している。分岐点 D1から各出口 tl, 12, t3, t4, に至る各経路の経路長は、この二点鎖線に沿つた長さ、つまり、分岐点 D 1 , D2 , D3の直後における経路の幅方向の中心点を経過する線に沿った長さであると考えることができる。音波がこの二点鎖線に沿って伝搬すると考えると、分岐点 D1から各出口 tl， t2， t3, t4, t5までの間の音波の伝搬時間を推定できる。図 9 (c)のスロート部 111においては、例えば、分岐点 D1から出口 Uまでの二点鎖線の長さよりも、分岐点 D1から出口 t3までの二点鎖線の長さの方が短い。このように、図 9 (c)のスロート部 111においては、各経路の経路長が同一ではない。よって、出口開口 143から放射される音波の波面の形状が、出口開口 143の凸円弧状の形状と同一とはならない。出口開口 143から放射される音波の波面の形状を、出口開口 143の凸円弧状の形状と同一にするには、図 9 (b) (c) に示すような音道の形態を多少変形すればよい。

図 10は、この変形例を説明するための音道の模式図である。図 10に示す音波案内構造は、図 8 (b) に示すような、出口開口が凸円弧状に湾曲して伸延するスリット状である音波案内構造である。

図 1 0 (a) の音波案内構造では、ある分岐点から次の分岐点まで直線的に伸延するように各経路が構成されている。図 10 (a) における分岐点 D1および出口 tl, t2, t3, t4， t5の配置位置は、図 8 (b) における分岐点 D1および出口 tl, t2， t3， t4, t5の配置位置と同一である。図 1 0 (a) における分岐点 1)2， D3の配置位置は、図 8 (b) における分岐点 D2，D3の配置位置と異なる。図 10 (a) における分岐点 D2，D3の位置は、図 8 (b) の音波案内構造よりも外側に位置している。この図 10 (a) の音波案内構造の形状に基づき、図 9 (b) を参照しつつ説明したような経路の設計方法を採ると、分岐点 D1から各出口 tl, t2, t3， ί4, t5までの各経路長を同一にすることが可能となる。つまり、出口開口から放射される音波の波面の形状が、出口開口の凸円弧状の形状と同一となり、しかも各分岐点で滑らかに音波を伝搬させることができるようなスロート部を設計することが可能とな図 10 (b) の音波案内構造では、ある分岐点から次の分岐点までが必ず直線的に伸延するのではなく、曲線的にも伸延するように、各経路が構成されている。より具体的に説明すると、分岐点 D1から分岐点 D2までの間では、経路は直線的に伸延する。上方の第 2の分岐点 D2から一番上の第 3の分岐点 D3までの間、及び、下方の第 2の分岐点 D2から一番下の第 3の分岐点 D3までの間では、経路は直線的に伸延する。上方の第 2の分岐点 D2から上から 2番目の第 3の分岐点 D3までの間、及び、下方の第 2の分岐点 D2から下から 2番目の第 3の分岐点 D3までの間では、経路は曲線的に（S字状に）伸延する。一番上の第 3の分岐点 D3から出口 tlまでの間、上から二番目の第 3の分岐点]) 3から出口 t3までの間、下から二番目の第 3 の分岐点 D3から出口 t3までの間、および、一番下の第 3の分岐点 D3から出口 t5までの間では、経路は直線的に伸延する。一番上の第 3の分岐点 D3から出口 t2までの間、上から二番目の第 3の分岐点 D3から出口 t2までの間、下から二番目の第 3 の分岐点 D3から出口 t4までの間、および、一番下の第 3の分岐点 D3から出口 t4までの間では、経路は曲線的に（S字状に）伸延する。図 10 (b) における分岐点 D1，D2,D3および出口 tl， t2, t3, t4, t5の配置位置は、図 8 (b) における分岐点 D1,D2,D3および出口 tl, t2， t3, t4， t5の配置位置と同一である。図 10 (a) の音波案内構造の形状に基づき、図 9 (b) を参照しつつ説明したような経路の設計方法を採っても、分岐点 D1から各出口 tl, t2, t3， U, t5までの各経路長を同一にすることが可能となる。つまり、出口開口から放射される音波の波面の形状が、出口開口の凸円弧状の形状と同一となり、しかも各分岐点において滑らかに音波を伝搬させることができるようなスロート部を設計することが可能となる。

図 10 (a) と図 10 (b) とを比較すると理解されるように、図 10 (a) に示された音道の構造では、経路が急激に折れ曲がる点ができる。例えば、図 1 0 (a) の音道では、分岐点 D2において、経路が急激に折れ曲がつている。これに対して、図 10 (b) に示された音道の構造では、経路に急激な折れ曲がり点がない。よって、図 10 (b) に示される構造の方が、音道において不要な音波の反射が生じにくい。つまり.. エネルギーロスがより少ない。

図 1 1は、ホーンスピーカ 100の縦断面図である。図 1 1の表記方法は、図 3におけるホーンスピーカ 1の表記方法と同様である。図 12は、ホーンスピーカ 10 0を縦断して斜め下方から見た図である。図 12の表記方法は、図 2におけるホーンスピーカ 1の表記方法と同様である。

図 1 1， 12のホーンスピーカ 100は、図 10 (b) に示したように、経路における急激な折れ曲がり点ができないようにするために経路の一部が曲線的に (S 字状に）伸延するように、かつ、各経路における経路長が略同一となるように設計された音道の構造を有する。

図 1 1における破線 L102は、凸円弧状に湾曲したスリット状の出口開口から放射された直後の音波の波面を、模式的に示すものである。波面 L102の形状は、出口開口の形状と同様に、凸円弧状となる。

図 13は、図 11， 12のホーンスピーカ 100における音道を縦断面で分割したときの、一方側を示す図であり、（a) は斜め下方から見た図、（b) は下方から見た図である。音道はホーンスピー力のスロート部などに空間として形成されるものであるが、図 1 3では、これをソリッドモデルとして表している。

図 1 3から理解されるように、この音道では、第 2の分岐点 D2において経路のの高さが最も大きくなつている。そして、分岐点 D2から入口開口 151に向かってその高さが徐々に小さくなつている。また、分岐点 D 2から出口開口 152に向かっても、その高さが徐々に小さくなつている。

このように分岐点 D2において経路の高さを特に大きくしたのは、この点（分岐点 D2) において経路の幅を狭くするためである。つまり、この音道の経路において、極端に幅の広い部分が形成されると、その部分で、特に高い周波数における干渉が大きくなり、エネルギーロスが大きくなるからである。特に分岐点のような、経路の方向が変化する点において経路幅が広くなると、その傾向が顕著となる。

仮に、ホーンスピーカ 100の経路において、入口開口から出口開口まで、高さをほぼ一定にすると、分岐点 D2における経路幅が広くなりすぎる。よって、図 1 3 に示すように、分岐点 D2において経路の高さを特に大きくしたのである。

音道の入口開口 151 (図 1 3の例では分岐点 D1近傍）と出口開口 152との中間部に、経路の方向を変化させるような分岐点が形成される。よって、分岐点に限るわけではないが、音道の入口開口 151と出口開口 152との中間部において、経路の高さが最も大きくなるように音道を構成すると、効果的である。

図 1 4は、本願発明に係る指向角 2 0度のホーンスピーカを 3台隣接させて、その指向性を測定して得られた特性図である。この特性図において、半径方向軸は音圧レベルを示す。この測定においては、 3台のホーンスピーカを、 2 0度ずつ方向が異なるようにして隣接させた。つまり、 3台のホーンスピーカのうちの一台は、正面方向（0度方向）を向くように配置し、他の 2台は、一 2 0度と 2 0度の方向を向くように配置した。測定用の信号は、 5 0 0 0 H zを中心周波数とした 1ノ3オクターブ幅の周波数成分を有するノイズ信号である。 3台のホーンスピ一力には同一の信号を供給した。

図 1 4における破線は、正面方向を向くように配置したホーンスピーカを単独で駆動させたときの特性曲線である。一点鎖線は、一 2 0度の方向を向くように •配置したホーンスピーカを単独で駆動させたときの特性曲線である。二点鎖線は、

2 0度の方向を向くように配置したホーンスピーカを単独で駆動させたときの特性曲線である。実線は、これら 3台のホ一ンスピーカを同時に駆動させたときの特性曲線である。

図 1 4から理解されるように、実線で示される特性曲線は、正面方向を中心とした約 6 0度の角度範囲において、ほぼ平坦な音圧分布（正面方向の音圧に対して音圧低下が 6 d B以内に納まるような音圧分布）を示している。実線で示される特性曲線において、各ホーンスピーカ 100がカバーする角度範囲の境界となる方向（具体的には約一 1 0度の方向と、約 1 0度の方向）における谷は認められない。

このことは、各ホーンスピーカの出口開口の略全範囲に渡って、音波がほぼ同位相で放射されていること、つまり、出口開口と略同形状の凸円弧状の波面が形成されていることを意味する。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び Z又は機能の詳細を実質的に変更できる。 [産業上の利用の可能性]

本発明のスピーカシステム用音波案内構造およびホーンスピーカによれば、単純な構造でありながら、放射される音波の波面を任意にかつ正確に制御できるので、音響装置の技術分野において有益である。

Claims

請求の範囲

1 . 入口開口から出口開口までを連通する音道を備え、該音道が該入口開口から該出口開口に至るまでの間で複数段に分岐し、該分岐によつて、該入口開口から該出口開口に至るまでの複数の音波案内経路が形成された、スピーカシステム用音波案内構造。

2 . 該複数の音波案内経路が、該入口開口から該出口開口に至るまで線状に伸延する、請求項 1記載のスピー力システム用音波案内構造。

3 . 該複数の音波案内経路の中心軸線全体が含まれる面が、平面状である、請求項 1又は 2記載のスピーカシステム用音波案内構造。

4 . 該複数の音波案内経路の中心軸線全体が含まれる面が、曲面状または折曲面状である、請求項 1又は 2記載のスピーカシステム用音波案内構造。

5 · 該出口開口がスリット状に形成され、該音道の各分岐点において、該音波案内経路が該スリッ卜の長手方向に分岐する、請求項 1乃至 4のいずれか一の項に記載のスピーカシステム用音波案内構造。

6 . 該スリット状の出口開口が直線状に伸延する、請求項 5記載のスピーカシステム用音波案内構造。

7 . 該スリット状の出口開口が凸曲線状に湾曲して伸延する、請求項 5記載のスピー力システム用音波案内構造。

8 . 該スリット状の出口開口が凸円弧状に湾曲して伸延する、請求項 5記載のスピー力システム用音波案内構造。

9 . 該スリット状の出口開口が凹曲線状に湾曲して伸延する、請求項 5記載のスピー力システム用音波案内構造。

1 0 . 該スリット状の出口開口が凹円弧状に湾曲して伸延する、請求項 5記載のスピー力システム用音波案内構造。

1 1 . 該複数の音波案内経路の略全ての経路長が略同一である、請求項 1乃至 1 0のいずれか一の項に記載のスピーカシステム用音波案内構造。

1 2 . 該スリット状の出口開口の中央部に近い箇所に出口を有する音波案内経路ほど経路長が短い、請求項 5乃至 1 0のいずれか一の項に記載のスピーカシステム用音波案内構造。

1 3 . 該スリット状の出口開口の中央部に近い箇所に出口を有する音波案内経路ほど経路長が長い、請求項 5乃至 1 0のいずれか一の項に記載のスピーカシステム用音波案内構造。

1 4 . 該経路長が、分岐点の直後における経路の幅方向の中心点を経過する線に沿った長さである、請求項 1 1乃至 1 3のいずれか一の項に記載のスピーカシステム用音波案内構造。

1 5 . 該複数の音波案内経路の内の少なくとも一の音波案内経路において、少なくとも一部が曲線状に伸延する、請求項 1乃至 1 4のいずれか一の項に記載のスピーカシステム用音波案内構造。

1 6 . 該複数の音波案内経路の内の少なくとも一の音波案内経路において、少なくとも一部が S字状に伸延する、請求項 1乃至 1 4のいずれか一の項に記載のスピー力システム用音波案内構造。

1 7 . 該複数の音波案内経路の内の少なくとも一の音波案内経路において、該音道の該入口開口と該出口開口との中間部で高さが最も大きくなる、請求項 1乃至 1 6のいずれか一の項に記載のスピーカシステム用音波案内構造。

1 8 . 該音波案内経路の高さが最も大きくなる箇所が該音道の分岐点又はその近傍である、請求項 1 7記載のスピーカシステム用音波案内構造。

1 9 . 分岐した音道が合流する合流点を有する、請求項 1乃至 1 8のいずれか一の項に記載のスピーカシステム用音波案内構造。

2 0 . 請求項 1乃至 1 9のいずれか一の項に記載のスピー力システム用音波案内構造がスロー卜部に適用されたホーンスピー力。