JP2003520540A

JP2003520540A - 変換器

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Publication number: JP2003520540A
Application number: JP2001553335A
Authority: JP
Inventors: ニールハリス; グラハムバンク; マーティンコロームス
Original assignee: ニュートランスデューサーズリミテッド
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2003-07-02
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: PE20011072A1; KR20020070509A; UY26553A1; US7684576B2; BR0107714A; US20010033669A1; HUP0204160A2; HK1046614B; KR100777888B1; EP1250827B1; EP1250827A2; CA2395022A1; NZ519383A; HUP0204160A3; TW511391B; DE60100886D1; TR200302018T4; DE60100886T2; US20070086616A1; CN1394457A

Abstract

(57)【要約】本発明は、パネル（１２）等の音響放射物を励振する力を生成して音響出力を生成する変換器（１４）に関する。変換器（１４）は、意図された作動周波数帯域を有し、モード分布をもち作動可能周波数帯域においてモード性がある共振素子を備える。変換器（１４）のパラメータは、共振素子のモダリティを改善するように調整できる。ラウドスピーカ（１０）又はマイクロフォンは、この変換器を組み込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、変換器、作動器、又は励振器に関し、詳細には、これらに限定され
るものではないが、ラウドスピーカ及びマイクロフォン等の音響装置に使用され
る変換器に関する。

【０００２】（背景技術）例えば、ラウドスピーカの音響放射物等の構造体に対して力を付与するための
多くの変換器、励振器、又は作動器機構が開発されている。これら変換器の機構
には、例えば、可動コイル、可動磁石、圧電、又は磁気歪み型等の種々の形式が
ある。一般に、コイル及び磁石型変換器を使用する電気力学スピーカでは、入力
エネルギーの９９％を熱として損失するが、圧電変換器の損失はわずか１％にし
かすぎない。つまり、圧電変換器は高効率という理由で普及している。

【０００３】圧電変換器にはいくつかの問題点があり、例えば、本質的に真鍮箔に匹敵する
ほど剛性が非常に高く、そのため、音響放射物、特に空気に対して適合させるの
が難しい。変換器の剛性が高くなると、固有共振モードが高周波数側へ移動する
。つまり、圧電変換器は、２つの作動領域をもつと考えることができる。第１の
作動領域は、変換器の基本共振周波数より低い領域である。これは「剛性制御」
領域であり、ここでは周波数に伴って速度が上昇し、通常は出力応答性を均等化
する必要がある。このことは有効効率の低下をもたらす。第２の領域は、剛性領
域を超える共振領域であるが、共振が非常に激しいので一般には回避される。

【０００４】更に、一般的な教示では、変換器における共振は抑制することになっているの
で、一般に、圧電変換器は、変換器の基本共振振動数以下の範囲でのみ使用され
る。基本共振振動数を超える範囲で圧電変換器を使用する場合には、制振を行っ
て共振ピークを抑制する必要がある。

【０００５】圧電変換器に関するこの問題は、同様に他の「スマート」材料、即ち磁気歪み
型、電気歪み型、及びエレクトレット型材料の変換器についても言える。

【０００６】ＳｈｉｎｓｅｉＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの欧州特許公開番号ＥＰ０９９３２
３１には、音響振動プレートの駆動素子がスピーカのフレームと音響振動プレー
トとの間に配置されている音響発生装置が開示されている。駆動素子は、所定距
離にわたって互いに向き合って配置されている１組の圧電振動プレートで構成さ
れている。圧電振動プレートの外側周縁部は、環状スペーサによって互いに結合
されている。圧電振動プレートに駆動信号を印加すると、圧電振動プレートは曲
げ動作を繰り返し、その中心部は交互に反対方向に曲がる。この時、各々の圧電
振動プレートの曲がる方向は常に互いに反対向きとなる。

【０００７】ＳｈｉｎｓｅｉＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの欧州特許公開番号ＥＰ０８８１８
５６には、同様のものを使用した音響圧電振動子及びラウドスピーカが開示され
ており、圧電振動プレートの周縁部にはエラストマーから成る振動制御片が取付
けられている。振動制御片は、圧電振動プレートの中心と振動制御片の重心とを
結ぶ直線に対して垂直をなし、且つ圧電振動プレートの中心を通る軸線と振動制
御片の質量中心線との間の距離が軸線に沿って変化するように、或いは、圧電振
動プレートの中心と振動制御片の重心とを結ぶ直線に平行な複数の直線によって
分割された振動制御片の区分の各々の質量が、直線に垂直で、且つ圧電振動プレ
ートの中心を通る軸線に沿って変化するような形状である。

【０００８】ＭｕｒａｔａＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ．Ｌｉｍｉｔｅｄの米国
特許第４，５９３，１６０号には、撓み波モードで振動する圧電振動子を備える
圧電スピーカが開示されており、圧電振動子は、支持部材によって長手方向の中
間位置で支持され、支持部材の両側の第１及び第２の部位がそれぞれ片持梁の形
態で支持されている。圧電振動子は、ワイヤーで形成されている結合手段によっ
てその両側近傍でダイアフラムに結合されているので、圧電振動子の撓み波振動
は、ダイアフラムに伝達されてダイアフラムを駆動する。圧電振動子に対する支
持部材の位置は、第１の部位の共振周波数が第２の部位の対応する共振周波数よ
りも低くなるように選定され、且つ第２の部位の一次共振周波数（ｆ１）が対数
座標上で実質的に第１の部位の第１の共振周波数（Ｆ１）と第２の共振周波数（
Ｆ２）との中心値となるように選定される。

【０００９】ＳａｎｙｏＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏＬｉｍｉｔｅｄの米国特許第４，４０
１，８５７号には、複式構造の圧電型のコーン形スピーカが開示されており、複
数の圧電素子及びそれらに個々に結合されているスピーカダイアフラムは、同軸
又は多軸配置にされている。１つのダイアフラムと別のダイアフラムとの間には
緩衝部材が配置されており、各々の素子は、他の素子の振動から隔離されている
。

【００１０】ＡｌｔｅｃＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの米国特許第４，４８１，６６３号には
、音響信号の電気信号を高周波数ラウドスピーカ用圧電セラミック駆動器に適合
させるためのネットワークが開示されている。ネットワークは、全て帯域フィル
タネットワーク素子から成るが、フィルタ出力段の並列結合のインダクタ及びコ
ンデンサは、オートトランス又はオートインダクタに置き換えられ、これは圧電
セラミック変換器の入力インピーダンスを並列な等価静電容量及び等価抵抗に変
換し、これらはオートトランスのインダクタンスと共に、フィルタに関する負荷
抵抗を与え、帯域ネットワークの出力段から省かれたコインデンサ及びインダク
タに取って代わる。追加の分路抵抗器をオートトランスの出力側の両端に配置し
て、オートトランスの入力側で所望の有効負荷抵抗を得ることもできる。

【００１１】Ｓａｗａｆｕｊｉの英国特許公開番号ＧＢ２，１６６，０２２には、複数の圧
電振動素子を有する圧電スピーカが開示されており、各々の素子は、圧電振動プ
レートと、その重心点の近傍に粘弾性層を介して結合されている重錘とを含み、
圧電振動プレートの外縁端部から取り出すように設計されている起振力を有し、
各々の素子は、周縁端部で結合器を介して互いに結合されており、１つの素子は
、周縁端部でコーン形音響放射物に直接結合されて主として高周波数部分の起振
力を付与し、隣接する残りの素子は、中間及び低周波数部分を分担するようにな
っている起振力を生成してコーン形音響放射物を励振する。本発明の目的は改良された変換器を製造することである。

【００１２】（発明の開示）本発明によれば、例えば、音響放射物を励振して音響出力を生成する力を付与
するための電気力学的な力の変換器が提供され、変換器は、意図された作動周波
数帯域を有し、作動領域における周波数分布モードを有する共振素子と、変換器
を力が付与される場所に取付けるための共振素子上の結合手段とを備える。つま
り、変換器は、意図的なモード変換器とみなすことができる。結合手段は、モー
ド作動をその場所に結合するのに有利な位置で共振素子に取付けることができる
。

【００１３】共振素子は受動型であり、可動コイル、可動磁石、圧電、磁気歪み、又はエレ
クトレット素子等の結合手段によって能動変換器素子へ取付けることができる。
結合手段は、共振素子のモード作動を高めるのに有利な位置において共振素子に
取付けることができる。受動共振素子は、能動素子に対して非常に損失が少ない
抵抗性の機械的負荷として作用することができ、力が付与されるダイアフラムに
対する能動素子の力の伝達及び機械的整合を改善できる。つまり、基本的には、
受動共振素子は、短期間の共振貯蔵部として機能することができる。受動共振素
子の固有共振周波数は低いので、そのモード挙動は、能動素子に対してその負荷
及び整合作用を達成する領域において十分に高密度である。この共振素子に対す
る能動素子の設計上の密接な結合の効果の１つは、変換器によって生成される力
を周波数帯域上でより均一に融合することである。このことは交差結合及び極値
Ｑ値の制御によって達成され、結果として潜在的に単純な圧電素子よりも良好で
滑らかな周波数応答性となる。

【００１４】もしくは、共振素子は能動型で、圧電、磁気歪み、又はエレクトレット素子で
あってもよい。圧電型能動素子は、例えば、米国特許第５，６３２，８４１号に
説明されているような予応力が加えられていてもよく、又は電気的に予応力又は
付勢力が加えられていてもよい。

【００１５】能動素子は、バイモルフ、又は中央ベーン又は基板を有するバイモルフ、又は
ユニモルフであってもよい。能動素子は、薄い金属プレートであり能動素子と同
じ剛性をもつことができる、支持プレート又はシムに固定することができる。支
持シートは、能動素子よりも大きいことが好ましい。支持シートの直径又は幅は
、能動素子の直径又は幅の２倍、３倍、又は４倍だけ大きい。支持プレートのパ
ラメータは、変換器のモード密度を高めるように調整できる。支持プレートのパ
ラメータと能動素子のパラメータとは、モード密度を高めるように協働して調整
できる。

【００１６】共振部材には、不要な音響を放射しないように孔が開けられていてもよい。別
の方法として、共振部材は、そこからの音響放射を緩和するように寸法が小さい
音響開口を備えることができる。つまり、共振部材は実質的に音響的に不活性で
ある。もしくは、共振部材は、組立体の作動に寄与することができる。

【００１７】結合手段の寸法は小さくてもよく、即ち、作動周波数帯域中の波の波長と同等
であってもよい。これにより、そこからの音響結合が改善される。また、これに
より、高周波の開口効果、即ち、おそらく高周波の結合又は結合領域からもたら
される撓み波が減少する。もしくは、共振部材の領域は、高周波の結合を制限す
るように、例えば、濾過機能をもたらすように選択できる。

【００１８】共振素子のアスペクト比、撓み剛性の等方性、厚さ及び幾何学的寸法の等方性
等のパラメータは、作動周波数帯域における共振素子のモード分布を高めるよう
に選択できる。パラメータを選択するために、例えば、ＦＥＡ又はモデル化を使
用するコンピュータシミュレーション解析を使用できる。

【００１９】分布は、能動素子の第１のモードが対象物の最低作動周波数近傍にあることを
保証することによって高めることができる。また、分布は、作動周波数帯域にお
ける十分なモード、例えば、高密度のモードを保証することによって高めること
ができる。モード密度は、能動素子に対して、周波数に関して実質的に一定であ
る有効平均力を与えるのに十分であることが好ましい。良好なエネルギー伝達は
、モード共振の好都合な平滑化をもたらす。

【００２０】対照的に、スマートな材料を備え、従来技術の変換器の基本共振周波数未満で
作動するように設計された従来技術の変換器に関しては、周波数が低くなると出
力が低下するであろう。このことは、周波数に関して一定の出力を保つために入
力電圧を高めることを必要とする。

【００２１】別の方法又は追加的に、共振撓み波モードを周波数に関して実質的に均一に分
布させること、即ち、モードの「集群」又は群化に起因する周波数応答のピーク
を滑らかにすることによってモード分布を高めることができる。そのような変換
器は、分布モード変換器又はＤＭＴとして知られている。

【００２２】モードを分布させることによって、共振素子の通常の支配的な高振幅共振が低
減し、結果的に共振素子のピーク振幅も低減する。つまり、潜在的な変換器の疲
労が減り、運転寿命は大幅に延びるであろう。更に、変位式変換器からの均一な
応答性に関する潜在能力により電気的要求が緩和され、励振システムのコストが
下がる。

【００２３】変換器は、各々がモード分布をもつ複数の共振素子を備えることができ、共振
素子のモードは、作動周波数帯域においてインターリーブして装置全体として変
換器のモード分布を高めるように配列されている。共振素子は、別々の基本周波
数を有することが好ましい。つまり、共振素子の負荷、寸法、又は撓み剛性等の
パラメータは異なっていてもよい。

【００２４】各共振素子は、結合手段によって任意の好都合の方法で、例えば、各素子の間
の一般に剛性の高いスタブ上に結合される。共振素子は、変換器のモダリティを
高める、及び／又は、力が付与される場所での結合を高める結合点において結合
されることが好ましい。結合手段のパラメータは、共振素子のモード分布を高め
るように選択することができる。

【００２５】共振素子は、積み重ねて配置できる。結合点は、軸方向に位置合わせできる。
共振素子は、受動素子、能動素子、又は複合変換器を形成する受動素子及び能動
素子を組合せたものであってもよい。

【００２６】共振素子はプレート形状であってもよく、又は平面の外に湾曲していてもよい
。プレート形状共振素子は、スロット又は切れ目が形成され、複合共振システム
を形成するようになっていてもよい。共振素子は、ビーム形、台形、超楕円形で
あってもよく、又は略ディスク形状であってもよい。もしくは、共振素子は矩形
であってもよく、対称の短軸に沿った軸の周りで矩形の平面の外に湾曲していて
もよい。そのような平坦なストリップ形状は、米国特許第５，６３２，８４１で
教示されている。

【００２７】共振素子は、２つの実質的に垂直な軸に沿ってモード性があってもよく、各々
の軸は、関連する基本周波数をもつ。２つの基本周波数比は、最適なモード分布
を得るために、例えば９：７（１．２８６：１）に調整できる。例示的に、そのようなモード変換器の構成は以下のものであってもよい。平坦
な圧電ディスク；少なくとも２つ、好適には少なくとも３つの平坦な圧電ディス
ク；２つの同一の圧電ビーム；複数の同一圧電ビームの組合せ；湾曲形状の圧電
プレート；複数の湾曲形状の圧電プレート又は２つ同一の湾曲形状の圧電ビーム
の組合せである。

【００２８】各々の共振素子のモード分布のインターリービングは、共振素子の周波数比、
即ち、各々の共振素子の各々の基本共振周波数の周波数比を最適化することによ
って高めることができる。つまり、相互に関連する各々の共振素子のパラメータ
は、変換器の全体モード分布を高めるように変更できる。ビーム形状の２つの能動共振素子を使用する場合、２つのビームの周波数比（
即ち、基本周波数比）は１．２７：１である。３つのビームを有する変換器に関
しては、周波数比は１．３１５：１．１４７：１である。２つのディスクを有す
る変換器に関しては、高次モード密度を最適化するための周波数比は１．１±０
．０２：１であり、低次モード密度を最適化するための周波数比は３．２：１で
ある。３つのディスクを有する変換器に関しては、周波数比は３．０３：１．６
３：１、又は８．１９：３．２０：１である。

【００２９】変換器は慣性式電気力学的変換器であってもよい。変換器は、音響放射物に結
合され、音響放射物を励振して音響出力を生成することができる。従って、本発明の第２の態様によれば、音響放射物と前述のモード変換器とを
有するラウドスピーカが提供され、変換器は、結合手段を介して音響放射物に結
合され、音響放射物を励振して音響出力を生成する。結合手段のパラメータは、
作動周波数帯域における共振素子のモード分布を高めるように選択できる。結合
手段は、制御された接着層等の痕跡である。

【００３０】結合手段は、音響放射物に対して非対称に配置でき、変換器は、音響放射物に
対して非対称に結合される。非対称は、種々の方法によって達成でき、例えば、
音響放射物又は変換器の対称軸に対する音響放射物上の変換器の位置又は方向を
調整することによって達成できる。

【００３１】結合手段は、取付け線を形成できる。もしくは、結合手段は、取付け点又は小
さな局所取付け領域を形成でき、取付け領域は、共振素子の寸法に比べて小さい
。結合手段は、スタブ形態であってもよく、直径は、例えば３から４ｍｍと小さ
くてもよい。結合手段は、低質量であってもよい。

【００３２】結合手段は、共振素子と音響放射物との間に、２つ以上の結合点を備えること
ができる。結合手段は、取付け点及び／又は取付け線の組合せを備えることがで
きる。例えば、２つの取付け点又は小さな局所取付け領域が使用でき、１つは能
動素子の中心点近傍に、１つは能動素子の端部に配置される。このことは、一般
に剛性が高く、固有共振周波数が高いプレート形状変換器には有用である。

【００３３】もしくは、単一の結合点を与えることもできる。これは、マルチ共振素子アレ
イの場合に利点をもたらすことができ、全ての共振素子の出力が単一の結合手段
によって合計されるので、ラウドスピーカラジエータ等の負荷によって出力を合
計する必要がなくなる。ところが、このような合計は、共振パネルラジエータで
は可能であるが、ピストン式ダイアフラムには当てはまらない。結合手段は、共振素子上のアンチノードに配置されるように選択でき、周波数
に関して一定の平均力を与えるように選択できる。結合手段は、共振素子の中心
から離して配置できる。

【００３４】取付け線の位置及び／又は方向は、共振素子のモード密度を最適化するように
選択できる。取付け線は、共振素子の対称線と一致しないことが好ましい。例え
ば、矩形の共振素子に関しては、取付け線は、共振素子の対称短軸（即ち中心線
）からオフセットできる。取付け線は、音響放射物の対称軸と平行でない方向に
あってもよい。

【００３５】共振素子の形状は、共振素子のほぼ質量中心にあり、中心を外れた取付け線を
もたらすよう選択できる。この実施形態の１つの利点は、変換器がその質量中心
に取付けられるので、慣性不均衡がない点にある。これは不等辺四辺形又は台形
である非対称形状の共振素子によって達成される。ビーム形状又は略矩形の共振素子に関しては、取付け線は共振素子の幅方向に
わたって延びることができる。共振素子の領域は、音響放射物の領域に比べて小
さくてもよい。

【００３６】変換器は、任意の構造体を駆動するために使用できる。つまり、ラウドスピー
カは、少なくともその作動周波数帯域の一部にわったて、意図的にピストン式で
あってもよく、又は撓み波ラウドスピーカであってもよい。音響放射物のパラメ
ータは、作動周波数帯域の共振素子のモード分布を高めるように選択できる。

【００３７】ラウドスピーカは、音響放射物と、共振撓み波モードを励振するために該音響
放射物に取付けられている変換器とを有する共振撓み波モードラウドスピーカで
ある。そのようなラウドスピーカは、国際特許出願ＷＯ９７／０９８４２、及び
他の特許出願及び文献に説明されており、分布モードラウドスピーカと呼ばれて
いる。音響放射物は、パネル形態であってもよい。パネルは、平坦で軽量であっても
よい。音響放射物の材料は、非対称又は対称であってもよい。

【００３８】音響放射物の特性は、共振撓み波モードが周波数に関して実質的に均一に分布
するように、即ちモードの「集群」又は群化に起因する周波数応答のピークを滑
らかにするように選択できる。特に、音響放射物の特性は、低周波数共振撓み波
モードが周波数に関して実質的に均一に分布するように選択できる。低周波数共
振撓み波モードは、音響放射物の周波数共振撓み波モードよりも１０から２０倍
低いことが好ましい。

【００３９】変換器位置は、音響放射物中の共振撓み波モード、特に、低周波数共振撓み波
モードに実質的に均一に結合するように選択できる。換言すれば、変換器は、音
響放射物の振動的にアクティブな共振アンチノードの数が比較的多く、逆に共振
ノードの数が比較的少ない位置に取付けることができる。任意のそのような位置
を使用できるが、最も好都合な位置は、音響放射物の長さ方向と幅方向軸の各々
に沿って３８％から６２％の間の中心部近傍であるが、中心部を外れた位置であ
る。特定の又は好適な位置は、軸に沿って３／７、４／９、又は５／１３の距離
の位置であり、長さ方向の軸と幅方向の軸に関しては、異なった比率が好ましい
。アスペクト比が１：１．１３又は１：１．４１の等方性パネルの好適な比率は
、長さ方向で４／９、幅方向で３／７である。

【００４０】作動周波数帯域は、比較的広い周波数帯域にわたり、可聴周波数帯域及び／又
は超音波領域であってもよい。また、分布モード変換器の作動の効力によって広
い帯域幅及び／又は起こりうる高出力が好都合であろう、音波及び音響測距及び
画像化に関する用途がある。つまり、変換器の単一の支配的な固有共振によって
規定される帯域よりも広い帯域にわたる作動を達成できる。

【００４１】作動周波数帯域の最低周波数は、ほぼ変換器の基本共振周波数である所定の下
限値より大きいことが好ましい。例えば、ビーム形状の能動共振素子に関しては、力はビーム中心から引き出す
ことができ、能動共振素子が取付けられている音響放射物のモード形状に適合す
ることができる。このようにして、作用と反作用とは協働して周波数に関して一
定の出力を与える。共振素子を共振素子のアンチノードにて音響放射物へ連結す
ることによって、音響素子の一次共振は、低インピーダンスになると思われる。
このようにして、音響放射物は、共振素子の共振を増幅しないであろう。

【００４２】本発明の第３の実施形態により、音響入力を支持できる部材と、入射音響エネ
ルギーに応じた電気出力をもたらすように前記部材に結合されている前述の変換
器とを備えるマイクロフォンが提供される。本発明の第４の実施例により、前述のモード作動素子を備える骨導補聴器が提
供される。

【００４３】本発明の第５の実施例により、共振音響放射物と前述のモード変換器とを備え
るラウドスピーカの製造方法は、共振素子及び音響放射物の機械的インピーダン
スを解析する段階と、共振素子及び／又はラジエータの所要のモダリティを達成
し、素子とラジエータとの間の所要の力の伝達を実現するようにラジエータ及び
／又は素子のパラメータを選択及び／又は調整する段階とを含む。

【００４４】本発明の第６の実施例により、共振音響放射物と前述した変換器とを備えるラ
ウドスピーカの製造方法は、所定のモード作動音響システムに関する速度及び力
の変動を解析及び／又は比較する段階と、選択された力の伝達を実現するために
速度と力の各値の組合せを選択する段階とを含む。本発明は、例示的に、添付図面に図示されている。

【００４５】（発明を実施するための最良の形態）図１は、ＷＯ９７／０９８４２に教示されているような、共振パネル（１２）
形態の音響放射物と、パネル（１２）中の撓み波振動を励振するためにパネル（
１２）上に取付けられている変換器（１４）とを備える、パネル形状ラウドスピ
ーカ（１０）を示す。ＷＯ９７／０９８４２に教示されているような共振撓み波
パネル形状スピーカは、ＤＭ又はＤＭＬスピーカとして知られている。変換器（
１４）は、パネル上に、パネル長さ方向の４／９、幅方向の３／７の位置で、中
心を外れて結合手段（１６）上に取付けられている。ＷＯ９７／０９８４２によ
って教示されるように、この位置は、パネルに力を付与するのに最適な位置であ
る。

【００４６】変換器（１４）は、米国特許第５，６３２，８４１号（国際特許公開番号ＷＯ
９６／３１３３３）に開示されている形式の、予応力式圧電作動器であり、ＰＡ
ＲＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＩｎｃにより商標名ＮＡＳＤＲＩＶＥで製造販
売されている。つまり、変換器（１４）は能動共振素子である。

【００４７】図１及び図１ａに示すように、変換器（１４）は、面外湾曲を有する矩形であ
る。変換器（１４）の湾曲とは、結合手段（１６）が取付け線となっていること
を意味する。つまり、変換器（１４）は、線Ａ−Ａに沿ってのみパネル（１２）
に取付けられる。変換器は、中心で取付けられる、即ち、取付け線は、変換器の
対称の短軸に沿った長さの半分のところにある。取付け線は、パネルの長い側面
に対して約１２０度だけ非対称的に配向される。つまり、取付け線はパネルの対
称軸に対して平行ではない。

【００４８】取付け線の配向角度θは、中心で取付けられている変換器を、２つの「バッド
ネス指標」を使用してモデル化することによって、最適角度を見つけて選択でき
る。例えば、応答性のログ（ｄＢ）振幅の標準偏差は、「ラフネス」指標である
。それら性能係数／バッドネスについては、本出願人の国際出願ＷＯ９９／４１
８３９に検討されている。

【００４９】モデル化に関して、パネル寸法は、５１４．０ｍｍ×４６２．０ｍｍに設定さ
れ、モデルを単純化するために、パネル材料は、パネル寸法に最適になるよう選
定される。モデル化の結果、中心で取付けられている変換器に対しては、１８０
度の角度変化では効果がなく、ラウドスピーカの性能は、角度に対して過度に敏
感でないことが明らかになった。しかし、９０度から１２０度までの配向角度は
、両方法によって比較的良好なスコアが得られ、改善をもたらす。従って、変換
器（１４）は、パネル（１２）の長い側面に対して３０度以下に配向される必要
がある。

【００５０】変換器は、取付け線に沿って、短軸に沿う中心を通ってパネルに取付けられる
と、変換器の２つのアームの共振周波数は一致する。

【００５１】能動共振素子形態の変換器のパラメータ決定モデルを図２に示す。このモデル
では、能動共振素子の長さ（Ｌ）：幅（Ｗ）の比率と、変換器に沿った取付け点
（１６）の位置（Ｘ）とは変更できる。能動共振素子は、長さが７６ｍｍの矩形
である。図２ａは、中心にない取付け線に沿ってパネル（１２）に取付けられて
いるモデル変換器（１４）を示す。

【００５２】図３及び図４は、解析結果を示す。図３は、最適支持点が共振素子の長さ方向
に沿って４３％から４４％に取付け線をもつこと、即ち、コスト関数（又は「バ
ッドネス」指標）がこの値において最小になり、これは長さ方向の４／９におけ
る取付け点の推定値に対応することを示す。更に、コンピュータモデリングは、
この取付け点が変換器の幅範囲に関して有効であることを示した。また、共振素
子の長さ方向に沿った３３％から３４％の第２の支持点も適切であると思われる
。

【００５３】図４は、長さに沿って４４％の位置に取付けられている共振素子に関する、ア
スペクト比（ＡＲ＝Ｗ／２Ｌ）に対するコスト（又はｒｍｓ中心比）のグラフを
示す。最適アスペクト比は１．０６±０．０１から１までであるが、この値でコ
スト関数は最小になっている。

【００５４】前述のように、パネル（１２）に対する最適取付け角度θは、最適化された変
換器に関して、即ちモデル化を使用してアスペクト比が１．０６：１であり、取
付け点が４４％である変換器に関して決定できる。角度０度では、変換器の長手
部分は下を向く。この修正実施例において、取付け線（１６）の回転は、著しい
効果を有し、取付け位置はもはや対称ではない。約２７０度の角度、即ち、長手
端部が左側に面する約２７０度の角度であってもよい。

【００５５】完全を期すために、図５に示すように、長手方向の４４％及び５０％に取付け
られている変換器の周波数応答性を測定した。ライン（２０）に示す４４％オフ
セットは、ライン（２２）に示す中間に取付けられた変換器よりも、高い周波数
での少し多いリップルと引き替えに僅かに拡大された低音域をもたらす。

【００５６】オフセット駆動のモード密度の増加は、矩形変換器の質量中心にない取付け位
置に起因する慣性不均衡と引き換えであることが分かる。従って、固有の不均衡
が改善されたモダリティを失うことなく改善されるか否かを検討した。

【００５７】図６ａ及び図６ｂは、第２の実施例、即ち、台形断面を有する共振素子形態の
非対称形状変換器（１８）を示す。台形形状は、２つのパラメータ、即ちＡＲ（
アスペクト比）及びＴＲ（傾斜比）によって支配される。ＡＲ及びＴＲは、例え
ば、ラインのいずれかの側の等価質量等の特定の制約を満足するように、第３の
パラメータλを決定する。

【００５８】等価質量（又は等価面積）の制約式は以下の通りである。

【数１】上の式は、独立変数としてのＴＲ又はλのいずれかに関して以下の式で容易に解
くことができる。

【数２】又は、

【数３】慣性モーメントを等しくするための、又は全慣性モーメントを最小化するための
等価式は容易に得られる。等価慣性モーメント（又は面積の等価二次モーメント）に関する制約式は以下
の通りである。

【数４】

【数５】又は、

【数６】最小全慣性モーメントに関する制約式は以下の通りである。

【数７】

【数８】又は

【数９】

【００５９】コスト関数（バッドネス指標）は、０．９から１．２５までの範囲のＡＲ、０
．１から０．５までの範囲のＴＲ、等価質量に対して拘束されるλでの４０個の
ＦＥＡの結果に関してプロットした。つまり、変換器は、質量中心に取付けられ
ている。結果は以下のように表に示し、ＡＲとＴＲに対するコスト関数を図７の
グラフに示す。

【００６０】

【表１】

【００６１】図７及び表の結果から、約４３％のλを与える、ＡＲ＝１、ＴＲ＝０．３をも
つ最適な形状（図７の２８で示す）が存在することが分かる。従って、台形変換
器の１つの利点は、重心／質量中心にあるが、対称線ではない取付け線に沿って
変換器を取付け可能な点にある。つまり、そのような変換器の利点は、慣性的に
不釣合いにすることなく、モード分布を改善できる点にある。

【００６２】従って、最良の配向を見いだすために、最適化された台形変換器のモデルを前
述と同様のパネルモデルに適用した。つまり前述のように、パネルの寸法は５２
４．０ｍｍ×４６２．０ｍｍに設定し、パネル材料は寸法に対して最適になるよ
う選択した。先に利用した２つの比較法では、配向の最適な角度として再度２７
０度から３００度までを選定する。

【００６３】変換器のモダリティを最適化する別の方法は、２つの同一の圧電ビーム等の２
つの能動素子を有する変換器を使用することである。ビームは、ビームの寸法及
び材料特性によって定義される、基本モードから始まるモードセットを有してい
る。モードは非常に広く間隔があけられており、共振周波数を超える変換器を使
用するラウドスピーカの忠実度を制限する。従って、第１のビームのモード分布
に対して周波数インターリーブされたモード分布を備える第２のビームを選定す
る。

【００６４】分布をインターリーブすることによって、変換器の全出力を最適化できる。評
価基準は検討中のタスクに応じて選定される。例えば、２つのビーム変換器の通
過帯域が二次モードまでの場合、最初の３又は４のモードの最適化を害する場合
があるので、最初の１０のモードのインターリーブを最適化することは賢明では
ない。

【００６５】１つの実施例として、長さ３６ｍｍ×幅１２ｍｍ、全厚３５０ミクロン、基本
撓み共振周波数９６０Ｈｚのバイモルフ型の第１の圧電素子を検討した。第１の
モードは、表１のとおりである。

【００６６】

【表２】表１

【００６７】第１の変換器は、小型パネル上に取付けられ、図８に周波数応答性をプロット
した。８３０Ｈｚ及び３８８０Ｈｚにおいて大きな出力（３８）があり、１．６
ｋＨｚ及び７．１５ｋＨｚにおいてディップが存在する。圧電材料の機械的特性
を正確に予測するのが難しいので、共振周波数は予測値以下であろう。

【００６８】応答性には非常に多くの有効な幅広いディップが見られるので、ディップ（４
０）の周りの領域では出力を高める必要がある。従って、補足的な周波数セット
を備える、即ち、第１の変換器のために、ディップが存在する場所にピークを有
する周波数応答性を生成するセットを備えるビームが理想的である。

【００６９】圧電素子は、長さが短いほど高い基本共振周波数をもつことになる。そのよう
な短い２８ｍｍのビームのモードを以下の表２に示す。

【００７０】

【表３】表２

【００７１】図９に示すように、２つのビームは組み合わせられて二重ビーム変換器（４２
）を形成する。変換器（４２）は第１の圧電ビーム（４３）を有し、その上面に
は、両方のビームの中心に配置されているスタブ（４８）形態の結合手段によっ
て第２の圧電ビーム（５１）が取付けられている。各々のビームはバイモルフ型
である。第１のビーム（４３）は、異なる圧電材料の２つの層（４４、４６）を
有し、第２のビーム（５１）は、２つの層（５０、５２）を有する。圧電材料の
各々の層の極方向は、矢印（４９）によって示される。各々の層（４４、５０）
は、バイモルフ中の別の層（４６、５２）に対して反対の極方向をもつ。

【００７２】第１の圧電ビーム（４４、４６）は、撓み波ラウドスピーカ等の構造体（５４
）上に、第１のビームの中心に配置されているスタブ（５６）形態の結合手段に
よって取付けられている。それらのビームは、ＤＭＬパネルのいずれかの面上で
、おそらく別の位置で使用できる。

【００７３】第１のビームの中心で取付けると、偶数次モードのみが出力を生成できる。第
２のビームを第１のビームの上面に配置し、両ビームをスタブ手段によって中心
部で結合することによって、両ビームは、同軸上又は同一の位置を駆動している
と考えることができる。

【００７４】各素子を一体結合すると、各々の素子が他のモードを変更するので、得られた
モード分布は、周波数の別々のセットの合計にはならない。図１０の周波数は、
単一ビーム（６０）を有する変換器と、一体で使用される２つのビーム（６２）
を有する変換器との間の差異を示す。２つのビームは、それら個々のモード分布
がインターリーブされて、変換器の全体的なモダリティを高めるように設計され
ている。２つのビームは一体化され、対象の周波数帯域にわたって有効な出力を
生成する。個々の偶数次モードにおける各圧電ビームの間の干渉のために、局部
的に狭いディップが発生する。

【００７５】第２のビームは、２つのビームの基本共振周波数比を使用して選定することが
できる。材質及び厚さが同じ場合、周波数比は長さの比の２乗に等しい。高いｆ
０（基本共振周波数）を単純に他の大型ビームのｆ０とｆ１との間に定めると、
小型ビームのｆ３と、下側のビームのｆ４とは一致する。

【００７６】図１１ａは、理想値が１．２７：１である、即ち、点（５８）においてコスト
関数が最小化されている２つのビームの周波数比に対するコスト関数のグラフで
ある。周波数比は、ＷＯ９７／０９４８２に説明されている「黄金」アスペクト
比（ｆ０２：ｆ２０の比）に対応する。

【００７７】変換器のモダリティを改善する方法は、変換器中に３個の圧電ビームを使用す
ることによって拡大適用できる。図１１ｂは、３個のビームに関する周波数比に
対するコスト関数のグラフである。理想的な比は１．３１５：１．１４７：１で
ある。

【００７８】ビーム等の能動素子を一体化する方法は、圧電ディスクを使用することに拡大
適用できる。２つのディスクを使用する場合、２つのディスクの寸法比は、いく
つのモードを考慮したかに依存する。高次モード密度では、約１．１±０．０２
から１までの基本共振周波数比は、良好な結果を与える。低次モード密度（即ち
、最初の数モード、又は最初の５モード）では、約３．２：１の基本共振周波数
比が良好である。最初のギャップは、大型ディスクの第２のモードと第３のモー
ドとの間に生じる。

【００７９】各々のディスクの第１の半径方向モードと第２の半径方向モードとの間には大
きなギャップがあるので、２枚のディスクよりは３枚のディスクでもって更に良
好なインターリーブを得ることができる。２層ディスク変換器に第３のディスク
を追加する場合、明白な第１の目標は、前述の場合の大型ディスクの第２のモー
ドと第３のモードとの間のギャップを埋める点にある。しかし、幾何数列は、こ
れが唯一の解決法ではないことを示している。基本共振周波数ｆ０、α．ｆ０、
α²．ｆ０を使用して、図１１ｃにおいてｒｍｓ（α、α²）（自乗平均）をプロ
ットすると、αに関して２つの重要な最適値が存在する。その値は、グラフ上の
２つの極小値（６５）が表われる約１．７２及び２．９０であり、後者の値は、
明白なギャップ充填方法に対応している。

【００８０】基本共振周波数ｆ０、α・ｆ０、β・ｆ０を両スケーリングが自由なように使
用し、前記α値をシード値として使用すると、僅かに良好な最適値が得られる。
パラメータ対（α、β）は、（１．６３、３．０３）及び（３．２０、８．１９
）である。これら最適値は非常に浅く、パラメータ値の１０％、又は２０％の変
動でさえ許容範囲にある。

【００８１】組み合わされる種々のディスクを決定する別の方法は、３個のディスクの半径
比を関数とするコストを考慮することである。図１１ｄは、半径比に対する３つ
の別々のコスト関数をプロットしたＦＥＡ解析結果を示す。図１１ｄにおいて、
３枚のディスクは一体的に結合されているが、３枚のディスクを個々に解析して
も同じ結果が得られることに留意されたい。

【００８２】３つのコスト関数は、それぞれライン（６４）、（６６）、（６８）で示され
る、ＲＳＣＤ（中心差分の和の比）、ＳＲＣＤ（中心差分の比の和）、ＳＣＲ（
中心比の和）である。モード周波数ｆ₀、ｆ₁、ｆ_n、・・・ｆ_Nのセットに関して、
これらの関数は以下のように定義される。ＲＳＣＤ（中心差分の和の比）

【数１０】ＳＲＣＤ（中心差分の比の和）

【数１１】ＳＣＲ（中心比の和）

【数１２】

【００８３】最適半径比、即ち、コスト関数が最小になるのは、図１１ｄの全ての３本のラ
インにおいて１．３である。これら３つの同一の材料及び厚さのディスクに関し
て、半径比の自乗が周波数比に等しいので、１．３×１．３＝１．６９であり、
解析結果の１．６７は十分に満足なものである。

【００８４】他の方法として又は追加的に、受動素子を変換器に組み込んで全体的なモダリ
ティを改善することができる。能動及び受動素子は縦列配置にできる。図１２ａ
及び図１２ｂは、能動及び受動素子のモードがインターリーブされるように、薄
い金属プレート等の２つの受動共振素子（７４）上に積み重ねられている２つの
能動圧電素子（７２）を備える多層ディスク変換器（７０）を示す。素子は、能
動及び受動素子の中心に配置されているスタブ（７８）形態の結合手段によって
結合されている。素子は、同軸に配置される。各々の素子は、それぞれ異なる寸
法を有し、スタックの最上層及び最下層には、最小及び最大のディスクが配置さ
れている。変換器（７０）は、最大ディスクである第１の受動素子の中心に配置
されているスタブ（７８）形態の結合手段により、パネル等の負荷素子（７６）
上に取付けられている。

【００８５】変換器のモダリティを改善する方法は、圧電プレート形態の２つの能動素子を
有する変換器に拡大適用できる。寸法が（１×α）及び（α×α²）の２枚のプ
レートは、（３／７、４／９）の位置に結合されている。図１３は、アスペクト
比（α）に対するコスト関数のグラフを示し、αに関する最適値（７５）は、１
．１４である。従って、周波数比は、約１．３：１（１．１４×１．１４＝１．
２９９６）である。

【００８６】他の方法として又は追加的に、変換器のモダリティ特性を変更するために、変
換器が取付けられるパネル等の対象物のパラメータは、変換器のモダリティに適
合するように変更できる。例えば、パネルに取付けられている能動共振素子形態
の変換器を考えると、図１４及び図１５には、それぞれ変換器の厚さ及びパネル
の厚さに対して周波数応答性がどのように相違するかが示されている。能動素子
は圧電ビームの形態である。図１４には、それぞれ１７７ミクロン、２００ミク
ロン、及び１５０ミクロンのビームに関する３つの周波数応答性（８４）、（８
６）、（８８）が示されている。図１５には、それぞれ厚さ１．１ｍｍ、０．８
ｍｍ、及び１．５ｍｍのパネルに関する３つの周波数応答性（９０）、（９２）
、（９４）が示されている。

【００８７】図１４及び図１５は、１．１ｍｍパネルの周波数応答性が１７７ミクロン厚さ
のビームの周波数応答性に一致することを示している。従って、１．１ｍｍパネ
ルのモダリティは、１７７ミクロンビームのパネルのモダリティと一致する。

【００８８】変換器はモーダル型であるが、平均応力及び速度は、任意の負荷又はパネルイ
ンピーダンスに対して推定できる。応力と速度との積が最大の場合に最大の機械
的出力を利用できる。変換器は、任意の負荷を励振するために使用でき、最適負
荷値は、図１６に示すように、速度（１７０）、応力（１７２）、及び負荷抵抗
に対する機械的出力（１７４）をプロットすることにより見出すことができる。
最大出力（１７６）は、負荷抵抗が約１２Ｎｓ／ｍの場合に生じ、負荷抵抗が小
さい場合には、速度は増加するが応力は減少し、負荷抵抗が大きい場合には、速
度は減少するが応力は増加する。

【００８９】図１７は、図１８に示すように結合手段（１０５）を有する圧電変換器（１０
６）の端部に小さな質量（１０４）を付加した結果を示す。図１７において、質
量体をもたない変換器、０．６７グラムの質量体を２つ備えるビーム、２グラム
の質量体を２つ備える変換器のそれぞれの周波数応答性（１０８、１１０、１１
２）が示されている。周波数応答性（１１０）は、質量をもたないか又は０．６
７グラムの質量を備える変換器の周波数応答性（１０８、１１２）よりも中間領
域において変化が少ないので、２グラムの質量体を２つ備えるビームは理論的に
一致する。

【００９０】図１９及び図２０において、変換器（１１４）は、例えば、ＷＯ９７／０９８
４２に説明されているような、能動素子（１１５）を形成するボイスコイルと、
モードプレート（１１８）形態の受動共振素子とを有する、慣性電気力学式可動
コイル励振器である。能動素子（１１５）は、モードプレート（１１８）上で且
つモードプレートの中心を外れて取付けられている。モードプレート（１１８）
は、カプラ（１２０）によってパネル（１１６）上に取付けられている。カプラ
は、能動素子の軸（１１７）に位置合わせされているが、パネル（１１６）平面
に垂直な軸（Ｚ）には位置合わせされていない。従って、変換器は垂直軸（Ｚ）
に一致しない。能動素子は、電線（１２２）を介して電気信号に接続されている
。

【００９１】図２０に示すように、モードプレート（１１８）は、孔が開けられており、そ
こからの音響放射を低減するようになっている。能動素子は、モードプレート（
１１８）の中心を外れて、例えば、最適取付け位置、即ち、（３／７、４／９）
に配置される。更に、変換器（１１４）は、パネル（１１６）上に、中心を外れ
て、例えば、同様の最適取付け位置、即ち、（３／７、４／９）に配置される。
つまり、変換器（１１４）は、パネル（１１６）平面内の２つの垂直な軸（Ｘ、
Ｙ）のどちらにも一致しない。

【００９２】図２１ａ及び図２１ｂは、スタブ形態の結合手段（１２６）によってパネル（
１２８）に取付けられている能動圧電共振素子を備える変換器（１２４）を示す
。変換器（１２４）及びパネル（１２８）の両者の幅：長さ比は１：１．１３で
ある。結合手段（１２６）は、変換器又はパネルの軸（１３０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）の
いずれとも位置合わせされていない。更に、結合手段は、変換器（１２４）及び
パネル（１２８）の両者に対して中心を外れた最適位置に配置されている。

【００９３】図２２は、ビーム形態の能動圧電共振素子形態の変換器（１３２）を示す。変
換器（１３２）は、スタブ形態の２つの結合手段（１３６）によってパネル（１
３４）に結合されている。１つのスタブは、ビームの端部（１３８）方向に配置
され、他のスタブは、ビームの中心方向に配置されている。

【００９４】図２３は、結合手段（１４４）によって結合されている２つの能動共振素子（
１４２、１４３）と、結合手段（１４４）及び共振素子（１４２）を取り囲むエ
ンクロージャ（１４８）とを備える変換器（１４０）を示す。つまり、変換器は
、耐衝撃性及び耐衝突性がある。エンクロージャは、変換器の作動を妨げないよ
うに、機械的インピーダンスが低いラバー又は類似のポリマーで作られている。
ポリマーが耐水性であれば変換器（１４０）は防水性になる。

【００９５】上側共振素子（１４２）の寸法は、スタブ形態の結合手段を介してパネル（１
４５）に結合されている下側共振素子（１４３）よりも大きい。スタブは、下側
共振素子（１４３）の中心に配置される。各々の能動素子用の出力カプラ（１５
０）は、エンクロージャから延びており、負荷装置（図示せず）への良好な音響
接続が可能となる。

【００９６】図２４は、ピストン式ラウドスピーカのダイアフラムに対して力を付与する、
本発明による変換器（１５２）を示す。ダイアフラムの形状は、変換器が取付け
られる頂点を有するコーン（１５４）形である。コーン（１５４）は弾性端部（
１５８）でバッフル（１５６）に支持されている。

【００９７】図２５ａ及び図２５ｂは、プレート形状能動共振素子形態の変換器（１６０）
を示す。共振素子には、フィンガー（１６４）を形成してマルチ共振システムを
形成する、スロット（１６２）が形成されている。共振素子は、スタブ（１６６
）形態の結合手段によってパネル（１６８）上に取付けられている。

【００９８】本発明は、変換器が分布モードの対象物として設計されている点で、例えば、
ＷＯ９７／０９８４２に説明されている分布モードパネルとは相反するものとし
て理解できる。更に、変換器からの力は、一般に分布モードの駆動点（例えば、
最適点（３／７、４／９））として使用されることになる地点から引き出される
。

【００９９】（産業上の利用可能性）従って、本発明は、改善された性能をもつ変換器と、この変換器を使用するラ
ウドスピーカ又はマイクロフォンを提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具現化するパネル形状ラウドスピーカの概略図である。

【図１ａ】図１の線Ａ−Ａに垂直な断面図である。

【図２】本発明による変換器のパラメータモデルの概略平面図である。

【図２ａ】図２の変換器の取付け線に垂直な断面図である。

【図３】図２の変換器に関する支持長さ（％Ｌ）に対するコストのグラフである。

【図４】長さ方向に沿って４４％の位置に取付けられている図２の変換器に関する、ア
スペクト比に対するコストのグラフである。

【図５】変換器が長さ方向に沿って４４％と５０％の位置に取付けられている、図１の
パネル形状ラウドスピーカに関する周波数応答性のＦＥＡシミュレーショングラ
フである。

【図６ａ】本発明の別の態様による変換器の概略平面図である。

【図６ｂ】本発明の別の態様による変換器の概略平面図である。

【図７】図６ａ及び６ｂの変換器に関するＡＲ及びＴＲに対するコスト関数のグラフで
ある。

【図８】単一圧電ビーム変換器に関する周波数応答性である。

【図９】本発明の実施形態による二重ビーム変換器の側面図を示す。

【図１０】図８及び図９の変換器の周波数応答性を示すグラフである。

【図１１ａ】二重ビーム変換器に関するコスト対α（周波数比）のグラフである。

【図１１ｂ】三重ビーム変換器に関するコスト対α（周波数比）のグラフである。

【図１１ｃ】三重ディスク変換器に関するコスト対α（周波数比）のグラフである。

【図１１ｄ】本発明の別の態様による三重ディスク変換器に関するコスト対半径率のグラフ
である。

【図１２ａ】本発明の別の態様によるマルチ素子変換器の側面図である。

【図１２ｂ】図１２ａの変換器の平面図である。

【図１３】２つのプレートを有する変換器に関するコスト関数対アスペクト比のグラフで
ある。

【図１４】パネル上に取付けられている、厚さが異なる３つの変換器に関する周波数応答
性（音圧（ｄＢ）対周波数（Ｈｚ））である。

【図１５】３枚の別のパネル上に取付けられている、本発明による変換器に関する周波数
応答性（音圧（ｄＢ）対周波数（Ｈｚ））である。

【図１６】変動負荷に対する応力、速度、及び出力のグラフである。

【図１７】付加減衰質量体あり／なしのパネル上に取付けられている、本発明による変換
器に関する周波数応答性である。

【図１８】図１７による変換器の側面図である。

【図１９】本発明の別の態様による変換器の側面図である。

【図２０】図１９の変換器の平面図である。

【図２１ａ】本発明の別の態様による変換器の側面図である。

【図２１ｂ】本発明の別の態様による変換器の平面図である。

【図２２】本発明の別の態様による変換器の側面図である。

【図２３】本発明の別の態様によるカプセル化された変換器の側面図である。

【図２４】ピストン式ラウドスピーカのコーン上に取付けられている、本発明による変換
器の側面図である。

【図２５ａ】本発明の別の態様による変換器の側面図である。

【図２５ｂ】本発明の別の態様による変換器の平面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年４月８日（２００２．４．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｒ 19/01 Ｈ０４Ｒ 19/01 (31)優先権主張番号００１１６０２．０ (32)優先日平成12年５月15日(2000．5．15) (33)優先権主張国イギリス（ＧＢ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者バンクグラハムイギリスサフォークアイピー12 ４エルエスウッドブリッジマートルシャムフィンロード８ (72)発明者コロームスマーティンイギリスロンドンエヌダブリュー２２ディーエイバージェスヒル 22 Ｆターム(参考） 5D004 AA02 5D012 FA02 5D018 AA00 BA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】意図された作動周波数帯域を有する電気力学的な力の変換器
であって、前記作動周波数帯域における周波数モード分布を有する共振素子と、
前記変換器を力が加えられる場所に取付けるための前記共振素子上の結合手段と
を備えることを特徴とする変換器。
【請求項２】前記結合手段は、前記共振素子のモード作動を前記場所に結
合するのに有利な位置で前記共振素子に取付けられることを特徴とする請求項１
に記載の変換器。
【請求項３】前記共振素子は受動型であり、前記変換器は結合手段を備え
、これにより前記共振素子は能動変換器素子に結合されることを特徴とする請求
項１又は２に記載の変換器。
【請求項４】前記結合手段は、前記共振手段におけるモード作動を高める
のに有利な位置において前記共振素子に取付けられることを特徴とする請求項３
に記載の変換器。
【請求項５】前記能動素子は、可動コイル、可動磁石、圧電、磁気歪み、
電気歪み、及びエレクトレット素子から成るグループから選択されることを特徴
とする請求項３又は４に記載の変換器。
【請求項６】前記共振素子は、孔が開けられていることを特徴とする請求
項３から５のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項７】前記共振素子は能動型であることを特徴とする請求項１又は
２に記載の変換器。
【請求項８】前記共振素子は音響開口を備え、前記音響開口はそこからの
音響放射を緩和するように寸法が小さいことを特徴とする前記請求項のいずれか
１項に記載の変換器。
【請求項９】前記能動素子は、圧電、磁気歪み、電気歪み、及びエレクト
レット素子から成るグループから選択されることを特徴とする請求項７又は８に
記載の変換器。
【請求項１０】前記能動素子は、予応力式圧電素子であることを特徴とす
る請求項９に記載の変換器。
【請求項１１】前記能動素子は、プレート形状基材上に取付けられている
圧電素子であり、前記基材の幅は、前記圧電素子の幅の少なくとも２倍であるこ
とを特徴とする請求項５、９、及び１０のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１２】前記共振素子は、２つの実質的に垂直な軸に沿ってモード
性があることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１３】前記結合手段の寸法は、前記作動周波数帯域における波の
波長と同等か、又はそれより小さいことを特徴とする前記請求項のいずれか１項
に記載の変換器。
【請求項１４】前記作動周波数帯域において、結合された前記共振素子は
、前記能動素子に対して、周波数に関して実質的に一定の有効平均力を与えるの
に十分なモード密度を有することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載
の変換器。
【請求項１５】前記共振素子のパラメータは、前記作動周波数帯域におけ
る素子のモード分布を高めるように選択されることを特徴とする前記請求項のい
ずれか１項に記載の変換器。
【請求項１６】前記パラメータは、アスペクト比、撓み剛性の等方性、厚
さ及び幾何学的寸法の等方性から成るグループから選択されることを特徴とする
請求項１５に記載の変換器。
【請求項１７】前記共振素子は、プレート形状であることを特徴とする前
記請求項のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１８】前記共振素子は、スロット又は切れ目が形成され、複合共
振システムを形成することを特徴とする請求項１７に記載の変換器。
【請求項１９】前記又は各々の共振素子は、略ビーム形状であることを特
徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項２０】前記又は各々の共振素子は、略ディスク形状であることを
特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項２１】前記共振素子は、略矩形であることを特徴とする請求項１
７又は１９に記載の変換器。
【請求項２２】前記共振素子は、台形であることを特徴とする請求項１か
ら１８のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項２３】前記共振素子は、平面の外に湾曲していることを特徴とす
る請求項１９又は２１に記載の変換器。
【請求項２４】各々がモード分布を有する複数の共振素子と、前記共振素
子を結合するための結合手段とを備え、前記共振素子のモードは、前記作動周波
数帯域においてインターリーブするよう配列されることを特徴とする前記請求項
のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項２５】請求項１９に従属する場合、周波数比が１．２７：１であ
る２つのビームを備えることを特徴とする請求項２４に記載の変換器。
【請求項２６】請求項１９に従属する場合、周波数比が１．３１５：１．
１４７：１である３つのビームを備えることを特徴とする請求項２４に記載の変
換器。
【請求項２７】請求項２０に従属する場合、周波数比が１．１±０．０２
：１の２つのディスク素子を備えることを特徴とする請求項２４に記載の変換器
。
【請求項２８】請求項２０に従属する場合、周波数比が３．２：１の２つ
のディスク素子を有することを特徴とする請求項２４に記載の変換器。
【請求項２９】前記複数の共振素子は、ディスク形状であり、少なくとも
３つのこのようなディスク形状素子を備えることを特徴とする請求項２４に記載
の変換器。
【請求項３０】前記３つのディスク形状素子の周波数比は、３．０３：１
．６３：１、又は８．１９：３．２０：１であることを特徴とする請求項２９に
記載の変換器。
【請求項３１】前記請求項のいずれか１項に記載の慣性式電気力学的変換
器。
【請求項３２】音響放射物と前記請求項のいずれか１項に記載の変換器と
を備え、前記変換器は、前記音響放射物に結合されており、前記音響放射物を励
振して音響出力を生成することを特徴とするラウドスピーカ。
【請求項３３】前記結合手段のパラメータは、前記作動周波数帯域におけ
る前記共振周波数のモード分布を制御するよう選択されることを特徴とする請求
項３２に記載のラウドスピーカ。
【請求項３４】前記結合手段は、前記音響放射物に対して非対称に配置さ
れることを特徴とする請求項３２又は３３に記載のラウドスピーカ。
【請求項３５】前記結合手段は、取付け線を形成することを特徴とする請
求項３２から３４のいずれか１項に記載のラウドスピーカ。
【請求項３６】前記取付け線は、前記共振素子の対称線と一致しないこと
を特徴とする請求項３５に記載のラウドスピーカ。
【請求項３７】前記取付け線は、前記音響放射物の対称軸と平行でないこ
とを特徴とする請求項３５又は３６に記載のラウドスピーカ。
【請求項３８】前記共振素子の形状は、前記素子の略質量中心にある、中
心を外れた取付け線を形成するよう選択されることを特徴とする請求項３２から
３７のいずれか１項に記載のラウドスピーカ。
【請求項３９】前記変換器の形状は、台形であることを特徴とする請求項
３２から３８のいずれか１項に記載のラウドスピーカ。
【請求項４０】前記結合手段は、小さな局所取付け領域又は取付け点を形
成することを特徴とする請求項３２又は３３に記載のラウドスピーカ。
【請求項４１】前記結合手段は、前記共振素子の中心から離れて配置され
ることを特徴とする請求項３２から４０のいずれか１項に記載のラウドスピーカ
。
【請求項４２】前記結合手段は、前記共振素子のアンチノードに配置され
ることを特徴とする請求項４１に記載のラウドスピーカ。
【請求項４３】前記結合手段は、前記共振素子と前記音響放射物との間に
、２つ以上の結合点を備えることを特徴とする請求項４０から４２のいずれか１
項に記載のラウドスピーカ。
【請求項４４】前記音響放射物は、その作動周波数の少なくとも一部にわ
たって、意図的にピストン式であることを特徴とする請求項３２から４３のいず
れか１項に記載のラウドスピーカ。
【請求項４５】前記音響放射物は、撓み波振動を支持でき、前記変換器は
、前記音響放射物中に撓み波振動を励振して音響出力を生成することを特徴とす
る請求項３２から４４のいずれか１項に記載のラウドスピーカ。
【請求項４６】前記音響放射物は、共振撓み波モードを支持し、前記変換
器は、前記共振撓み波モードを励振することを特徴とする請求項４５に記載のラ
ウドスピーカ。
【請求項４７】前記音響放射物のパラメータは、前記作動周波数帯域にお
ける前記共振素子のモード分布を高めるように選択されることを特徴とする、請
求項４６に記載のラウドスピーカ。
【請求項４８】前記音響放射物のパラメータと前記共振素子のパラメータ
とは、前記作動周波数帯域における前記ラウドスピーカのモード分布を高めるよ
うに協働して選択されることを特徴とする請求項４６又は４７に記載のラウドス
ピーカ。
【請求項４９】前記共振素子の領域は、前記音響放射物の領域に比べて小
さいことを特徴とする請求項３２から４８のいずれか１項に記載のラウドスピー
カ。
【請求項５０】共振音響放射物と、請求項１から３１のいずれか１項に記
載の変換器とを備えるラウドスピーカを製造する方法であって、前記共振素子及び前記音響放射物の機械的インピーダンスを解析する段階と、前記共振素子及び／又は前記ラジエータの所要のモダリティを達成し、前記素
子と前記ラジエータとの間の所要の力の伝達を実現するように前記ラジエータ及
び／又は前記素子のパラメータを選択及び／又は調整する段階と、を含むことを特徴とするスピーカの製造方法。
【請求項５１】共振音響放射物と、請求項１から３１のいずれか１項に記
載の変換器とを備えるラウドスピーカを製造する方法であって、所定のモード作
動音響システムに関する速度及び力の変動を解析及び／又は比較する段階と、選
択された力の伝達を実現するために、速度と力の各値の組合せを選択する段階と
を含むことを特徴とするスピーカの製造方法。
【請求項５２】音響入力を支持できる部材と、入射音響エネルギーに応じ
た電気出力をもたらすように前記部材に結合されている請求項１から３１に記載
の変換器とを備えることを特徴とするマイクロフォン。