JP2007537679A - 閉ループ式埋込み型オーディオ伝送ライン技術 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明による設計目的は、必要最小限の大きさを有するラウドスピーカを製作し、適切な音量レベルを持続させることである。その一方で、全周波数帯域での音の再生を保持するとともに、音のゆがみを低減化した状態で、広域に定分散させかつ低コストでの音の再生を保持する必要がある。この難問を研究すると、矛盾が存在するように思われる。この矛盾は、妥協案と複合式のドライバの使用を必要とする。複合式ドライバは一般的に音を出すために作動する。従来のラウドスピーカの設計目的は客観的に定められるものであるが、現在のラウドスピーカ設計は。主観的に認知できるラウドスピーカを製造しようという理念に基づいている。
本出願は、小さなスピーカユニットに焦点を当てるものである。この技術は、広い低音域、フルレンジ又はサブバス音再生用途に適用され、大きなドライバ性能、ミッドレンジ及びツイータドライバを強化する。
サブバスレンジでの動作に焦点を当てると、一般的にポート又はホーンを用いることとなり、最大低周波数出力レンジ付近でのダイアフラムの動きが低減する。大きなドライバは、少ないダイアフラムの動きを利用して、より低音域の音を作り出すが、直接的なフルレンジオペレーションを発するにはあまり好ましいことではない。なぜなら、高周波数における性能が制限されるためである。一の実施形態において、低周波数が直接的に発せられる。他の実施形態において、低周波数がポート又はホーンを介して発せられる。EATLは、所望の周波数域にわたって、エンクロージャの内圧を一定に保つ。所望の周波数域において、整然とした定常波を生じ、この定常波は、空気体積の直線的変位を生じせしめ、エンクロージャ内部でドライバのダイアフラムの一層正確な動作を生じさせる。
この結果、相対的に長い波長のシグナルがEATLを刺激すると、有益な定常波を生じ、リアルタイムで主要エンクロージャ内の空気を調節することによりドライバのダイアフラムに負荷をかけることとなる。
全ての波長は、部分的に或いは完全にある範囲内で有限な長さを備え、波長は、可変且つ動的な空気密度により影響を受ける。ドライバからの圧力刺激は、EATL内で、動的な分子の乱れを引き起こし、これにより、所望の定常波が生まれる。定常波は、ダイアフラムを簡単に変位させ、初期の電気的刺激単体よりもその変位は正確なものとなる。この向上した物理的変位は、電源によるドライバの音声コイルの刺激の結果である。電源は、動的な定常波パターンにより調整されるものである。この物理的変位は、EATL内で生ずる。この予測可能な内部負荷パターンは、全ての他の外部ドライバダイアフラムの刺激についても同様といえる。他の外部ドライバダイアフラムの刺激は、臨界減衰、周波数に対する最適な音響インピーダンス及び室内反響に対する抵抗をもたらすものである。
従来のラウドスピーカは、低周波数を作り出すための大きなダイアフラム領域及び/又は大きな部分を必要とし、このプロセスにおいて、低いバンド幅を伴い高い相対的効率を達成している。現在の低音再生のプロセスは、本質的に効率的である。なぜなら、プロセスは、ドライバを共振周波数及びその近傍で操作し、大きな低音を備える音質を作り出すためである。
共鳴は、任意のスピーカシステムの実施に含まれるパラメータであるけれども、最終的な音響システムにとっては最も大きな悪因である。直接連結型EATL(DC EATL)(5)の操作モードは、非常に小さなドライバの音響インピーダンスに合致し、中間のSPLレベルでの低い低音周波数を作り出す。所望の周波数範囲で音響インピーダンスに合致させることは、低い周波数での歪みの低減となることを意味するものである。しかしながら、ドライバが小さな音波出力であるときも、そのような現象を得られる。大きなドライバはもちろんであるが、EALT技術は、低周波での歪みの低減が、利用可能な個人向けの低い音響周波数量(小さな領域に向けての用途)を作り出すのに好適であるものとすることを可能とする。大きなドライバが低周波再生用に開発される一方で、現在の基本的なエンクロージャ構造において、大きなドライバは、非常に低い周波数に音響学的に合致するものでなく、共鳴及び室内反射の問題を有するものである。
EATL(5)は、実用的に寸法が定められ、音響学的に中間のエンクロージャプラットフォームは本質的に静的な低い共鳴、拡張された低周波数応答、室内反射に対する耐性を確かなものとする。EATL(5)のエンクロージャに基づくサブウーハのデザインは、任意の種類のスピーカに音響学的に調和する。このスピーカは低周波数の拡張を要求するものである。サブウーハのデザインは、通常の室内反射に耐性を有する。なぜなら、後述するように、サブウーハのデザインは、独特の非同調式配置をなすためである。
EATL(5)は、直接的にドライバ(41)に接続し、ドライバとEATL(5)のスロート/マウス部(6)の間のチャンバ(10)内で最小の領域の空気専有領域を有する。ドライバは、EATL(5)のマウス部(6)の前に搭載され、EATL(5)のマウス部(6)に対向する。そして、ドライバの負荷に応じて、高い圧縮チャンバ(10)を作り出す。このモードにおいて、ドライバ(41)は、圧縮力が負荷され、圧縮プラグ(12)が音波の動きをEATL(5)に方向付ける助けをするために用いられる。また、圧縮プラグ(12)は、EATL(5)のスロート/マウス部での乱流状態を最小限化するために用いられる。加えて、圧縮プラグ(12)は、EATL(5)に対して正しいスロート/マウス部(6)領域を作り出すために用いられる。直接接続(DC)により、ドライバ(41)は完全にEATL(5)の影響下に置かれることとなり、ドライバ(41)は、作り出される周波数パターンに従う。ADTM(4)は、ADTM深さ方向への音波の進入を介して音波の遅延を作り出す。これにより、幅の広いDSWバンド幅が可能となる。ドライバ(41)の共振周波数よりも高い低周波数は、セル構造によりすぐには影響されず、ADTM深さ方向への音波の進入が始まる前にEATL(5)内のDSWに起因して生ずる一定の圧力を維持することとなる。
このことは、図13C及び図14Dに示される。図13Cの周波数応答曲線は、ドライバとEATL(5)の直接連結型(DC)のドライバ(41)の出力を示す。周波数応答は12db/octのドライバ(41)共振周波数からの出力降下を示し、略400Hzまでにおいてドライバの共振周波数以上の平坦な応答を示す。この曲線は、DD(3)上への一定の高い正圧を示し、この圧力は、周波数及び動的圧力に関連するものである。動的圧力は、システムのバンド幅中の全ての周波数に対する大気圧より非常に大きなものである。システムが組み立てられ、100Hzで計測すると、DD(3)でのこの信号は、マウス部のポート(17)での信号よりも40dbだけ大きいものとなる。EATL(5)によるDSWの負荷に起因するDD(3)の前部に与えられる正圧を用いて、DD(3)の後部の近傍で測定を行ったときにドライバ(41)の実際の曲線を、この出力曲線は示す。自由大気において、12db/octの傾斜がドライバの自由大気共振周波数で始まることを除いて、同様のパターンを作り出すことが可能である。曲線Sは、参照用の高圧力曲線を示し、この曲線は予測可能な12db/octの降下率を備える。この曲線Sは、コーンの他の側に取付けられた音響ローパスフィルタを用いて簡単に描くことができる。
図13Cの曲線Sは、周波数が低くなることに関連して低下するダイアフラムの予測可能な軌跡を反映するが、音響ローパスフィルタの受動的な低い圧力負荷環境により影響されるものではない。音響ローパスフィルタ(18)の反射エンクロージャは、好ましくは更に、低音域のパワー周波数レンジ(30Hz 60Hz)でのDD(3)の動きを低減する。また、この反射エンクロージャは、超低周波数レンジ(< 20 Hz)での歪みを制御する亜音速フィルタを必要とすることがない。図5のドライバ(41)のEATL(5)に接続した音響ローパスフィルタ(18)は、最も低い周波数(これら周波数は、図13Cの曲線Sに示すように降下するけれども)に好適である。12db/octの比率で降下する図13Cに示す出力は、図6に示す装置に対しては、図13Dに示す曲線Rのように変形する。曲線Rは、70Hzから6db/octの割合での上昇を示す。図13Cの曲線は、高圧環境においてドライバ(41)のみを用いて作り出されたものである。高圧環境は、ドライバの一定の高圧負荷にほとんど影響を与えることなくボックスを共振させる。
この正圧の制御は、ドライバ後部での出力が、12db/octの傾斜内の周波数で音響空間領域(10)を用いて反射エンクロージャを共振させることを可能とする。変化の範囲における効率は、ドライバのミッドバンドの効率に関連して適度のものであるが、小さな低いマスドライバが高応答性ダイアフラムを用いてEATL(5)により決定された周波数で利用可能な低音領域を作り出すことを可能とする。ほとんど同一の直径のドライバ(41)が同一寸法のIDC内で用いられる。もしドライバの弾性が失われていないならば、このドライバは図13C及び図13Dに示す曲線を作り出すこととなる。
正の1/4波圧はリアルタイムの質量要素であり、この質量要素は音響学的にDD(3)に利用され、図6の装置に対する図13D中のピークRにより示されるようなドライバ(41)からの向上したローパス性能を作り出すこととなる。
ドライバ(41)の体積質量及び他のパラメータは、歪み、効率並びにある程度大きな周波数の遮断に影響を与える。それ故、図6に示すEATL/反射性エンクロージャからの最適な性能は、ドライバ(41)の選択に依存することとなる。EATL/反射型システムの効率は、実際のDD(3)に関係し、当該効率は、ドライバ(41)が大きくなるにつれて増大する。なぜなら、ドライバ(41)が大きくなれば、より多くの空気分子が移動することが通常だからである。典型的には、大きなドライバ(41)の低周波数出力は中域バンドの出力に関係して増大する。なぜなら、大きなダイアフラムの領域は、高周波数での出力を抑止するためである。直接連結型(DC)のEATL(5)の低周波数システムは、幾何学的でないダイアフラム領域からの出力を発達させる。リスニングルーム、典型的には寸法的ゲインを備える音響空間は、低い周波数が存在するならば、当該低い周波数に好適なものである。図14Cの曲線は、図6のサブバスシステムを測定したときの離れた位置にあるマイクロフォンの配置を示す。図14Cの曲線Oで表されるように、低い低音周波数で出力を増大させると、リスニングルームは、反射型エンクロージャと同様の作用をする。即ち、隣接する周波数に対して、1オクターブ当たり15Hzでゲインの大きな増大を示す。図14Aは図5及び図6の装置のインピーダンスを示す。曲線は、重ねて示され、反射型ボックスが接続されると、反射型ボックスは共振周波数及びドライバに負荷を与えるEATL(5)のOをほとんど変化させないことを示す。このことは、EATL(5)内の正圧が、ドライバのインピーダンスを支配することを示し、音響ローパスフィルタの追加により生ずるドライバ(41)/EATL(5)の操作パラメータへの影響はほとんど存在しない。図14Aにおいて、大きなピークKは、図5のドライバのインピーダンスを現わす。小さなピークJは、図14Aに示すドライバのピークLの後に生じ、これは、従来の反射型エンクロージャを備えるポートのピークと考えられる。周波数がこのピークに達すると出力は急速に降下する。このピークは、図12B、図13A、図13Bのインピーダンスピークにおいて観察されたEATL(5)のピークと同一であるが、EATL(5)の近接した結合に起因して、ドライバの共振周波数以下にピークが押し下げられている点で異なる。近接した結合によっても生ずるものであるが、EATL(5)の長さの増大は、EATL(5)のピークを低下させる。ADTM(4)の深さ方向の進入は、1/4波長信号を引き起こす高圧力下で大きくなり、ボックスチューニング下方のドライバダイアフラムで生ずる。図13Dに示す如く、出力は、主要なEATL(5)のピークの後、降下するが、近接した結合は、ドライバに負荷を与え、EATL(5)の遮断周波数(15Hz近傍において)をもたらす。図6に示すサブバスエンクロージャに関する図13Dの出力曲線Rを注意深く観察すると、35HzのEATL(5)のピークでの出力が最も高いことが分かる。このことは、顕著な特徴といえる。この理由は、図14Dの曲線を観察すると明らかになる。図14Dは、図6のサブウーハの位相曲線を現わす。曲線は、重ね合せられ、曲線間の関係が示される。曲線Mは、ダイアフラムの表面境界領域(24)におけるドライバダイアフラムに非常に近接したマイクロフォンの位置を示す。この曲線は、EATL(5)の曲線を示す。曲線Nは、図6の同一のサブバススピーカのポート(17)での出力を示す。曲線Nから、55Hzで始まる位相の大きなシフトを示す。これは、ボックスチューニング周波数の近くで生ずる。DD(3)及びポート(17)の出力は、図14Aのボックス周波数Gでの位相のシフトが始まるまで、非常に近似したものとなっている。ボックス周波数Gは、図13DのGにおける曲線Rに示されるような出力の初期増加を作り出す。図14Dのドライバの位相曲線Mは、同一の点55Hz近傍で始まる逆変化を示す。この逆変化は小さな下降を示し、この下降はドライバでの位相曲線の残りの部分にわたって現れる。この下降は、DD(3)に高圧が負荷されていることを示し、ポートでの位相変化及び対応する出力増加を作り出す。DD(3)が、最大効率に対するボックスの負荷以下になると同時に、この圧力がもたらされる。55Hzまでの平坦な位相曲線によって示されるように、ダイアフラム上の圧力は一定状態を保ち、EATL(5)のピークが更にダイアフラムに負荷され、出力増大を生じさせたときも変化しない。EATL(5)のフィードバック及びボックスローディングの結果、効率的な音響ローパスシステムが確立され、この音響ローパスシステムは、実用的なドライバの直径で、ドライバの通常の低周波数出力に関連して効果的に低い周波数を作り出すことを可能とする。これは一般的には、中域バンドの効率よりも若干低く、ドライバの大きさに関係するものである。
ドライバのフリーエア共振は100Hzであり、通常、サブウーハ操作に対して高い数値である。直接連結型(DC)のEATL/反射型エンクロージャ(29I)は、35Hz以下から125Hzの範囲をカバーする。このレンジは、125Hzから20kHzの範囲をカバーする同一種のドライバを用いる独立連結型(IDC)のEATLエンクロージャ(29)と一致する。
直接連結型(DC)のEATL/反射型の低周波数システム(29I)は、上側の周波数レンジ並びに電気的に調節されるボリュームを有し、個別のアンプにより動力が与えられる。これにより、低周波数システム(29)は、任意のフィールド環境内でのIDC EATLエンクロージャ(29)と適切に調和するようにセットされる。このシステムは、略完璧な垂直方向及び水平方向のオフアクシス応答を達成し、エンクロージャ内に追加の部品を必要とすることがない。このシステムの出力は、図14Bに示され、指示された周波数レンジに対して平均的な大きさの部屋中の聴取位置において90dbを超える出力を達成する能力を有する。このシステムは2つのスピーカ、サブウーハ、アンプ、三脚及び接続用付属部品を備え、標準的なエクゼクティブサイズのブリーフケース内に好適に収容可能であり、新たな形態で製造される。
Claims (10)
- ラウドスピーカのトランスデューサに対する音響インピーダンスを改善するための装置であって、
該装置は、6つの外壁部と箱構造を形成するように接続した6つの内壁部を備えるエンクロージャを備え、前記内壁部のうち3つは音響伝送ラインを埋め込む閉ループを形成する3つの導波路のうち1つであり、
前記装置は、前記第1のエンクロージャの壁部のうち1つを用いて前記第1のエンクロージャ内に配されるとともにエンクロージャの構造をなす第2のエンクロージャを備え、前記内壁部のうち他の3つは埋め込み型音響伝送ラインを構成する第2の必要とされる導波路を形成し、
前記装置は、前記伝送ラインの端部に固定されるとともに埋め込み型音響伝送ラインを構成する第3の必要とされる導波路をシール並びに形成する末端部材と、
少なくとも1つの内壁部、好ましくは、前記第2のエンクロージャの背面部に位置する少なくとも1つの開口部を備え、該開口部はスロート/マウス開口部を形成するとともに前記埋め込み型音響伝送ラインに比例する直径又は領域を有し、
前記装置は、密度交番性伝送媒体の表面の大部分を覆う前記導波路のうち少なくとも1つに固定された密度交番性伝送媒体と、
以下にバッフルボードと称される第1のエンクロージャと第2のエンクロージャの両方に共通する壁部に形成される少なくとも1つの開口部を備え、該開口部は少なくとも1つの双方向性のラウドスピーカのトランスデューサの据付を可能とし、
前記装置は、前記バッフルボードに据付けられた少なくとも1つの双方向性放射状ラウドスピーカを備えることを特徴とする装置。 - 前記内部エンクロージャがチューニング手段を備え、
該チューニング手段が、スピーカの低周波数域を目立たせ、
前記装置は、前記バッフルボード或いは前記バッフルボードに配される棚型のチューニング・オリフィスを貫通するポート手段、又は、前記エンクロージャのいずれかの壁部を通じて内部キャビネットから延出するポート手段、又は、前記バッフルボード或いは他の側壁部を通じて前記第2のエンクロージャから延出するマルチプルポート手段、又は、前記ポートの代わりに前記バッフルボードに取付けられた受動型ダイアフラムを備えることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 音響ローパスフィルタが、低周波数のみを発するドライバの前に接続し、
前記装置は、音響ローパス機能のために空気領域をもたらす前記ドライバの前に配される第2のエンクロージャを備え、
管状又は棚型のポート手段が、前記空気領域から低周波数のうち特定の範囲を放出し、又は、機械的パッシブラジエータ手段が、新たな空気領域から低周波数域のうち特定の範囲を放出することを特徴とする請求項1記載の装置。 - ホーン手段が、前記ドライバ手段を大気圧に接続するために用いられ、
ホーン型膨張ダイアフラム手段が前記埋め込み型音響伝送ラインの前のドライバに接続し、音波到達距離又は音波到達範囲を増大させることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記ドライバが、平面型のフラットパネル型ドライバであり、該ドライバが双方向性の音波を作り出し、
前記装置は、任意の周波数域に対する静電型音響パネル、任意の周波数域に対する動的平面型音響パネル又は種類にかかわらず新たな一般的種類の双方向性平面状スピーカデザインを備えることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記ドライバが、適切な直径を備えるアパーチャの直接的に前方に配されるとともに該アパーチャに対向するように配され、前記ドライバを備える前記埋め込み型音響伝送ラインをシールし、
第1及び第2の導波路が前記ドライバの直前及び周囲に配され、前記第2の導波路において、前記中央アパーチャに対して前記ドライバは直角に配され、且つ前記ドライバが、前記第2の導波路に対して放射状の関係を備え、中央から放射状に延出するチャネルを形成し、
前記装置は、一対の導波路の反対側に配される末端部材を備え、
該末端部材は、埋め込み型音響伝送ラインの音波を遮断し、前記音波の逆戻りを生じせしめ、
前記装置は、密度交番性伝送媒体を備え、該密度交番性伝送媒体は、前記導波路のうち1つの少なくとも1つの壁部に固定され、
前記装置は、適切な直径並びに出力ハンドリング能力を備えるラウドスピーカドライバを備え、該ラウドスピーカドライバが、前記埋め込み型音響伝送ラインの前記マウス部に搭載されることを特徴とする装置。 - 前記アパーチャが前記ドライバの直前に搭載された圧縮プラグを備え、音波を案内するとともに前記ドライバ上の圧力を増大せしめ、大気に対する圧力差を維持することを特徴とする請求項6記載の装置。
- 前記ドライバの逆側が音響ローパスフィルタに接続し、低周波数のみを作り出し、
音響ローパスフィルタはエンクロージャと適切な直径並びに長さを有するポートチューブを用い、又は、音響ローパスフィルタは、エンクロージャと棚型のチューニング手段を用い、
音響ローパスフィルタが、エンクロージャ並びに適切な直径及び質量を有するパッシブラジエータダイアフラムであることを特徴とする請求項6記載の装置。 - 多数の埋め込み型音響伝送ラインが用いられ、前記エンクロージャの寸法及び体積は、異なる周波数範囲を示し、各周波数範囲の操作を最適化し、前記伝送ラインは、最低周波数に対して用いられる共通の大きなエンクロージャに対して独立又は収容され、
多数の独立型埋め込み式伝送ラインのエンクロージャは、ドライバに対して適切な寸法であり、前記ドライバは周波数範囲を示し、多数の異なる動的な異なるダイナミックトランスデューサは周波数域に対して異なる適切な直径を備え、
前記多数の埋め込み型音響伝送ラインに対する共通のハウジングは、単一のサブウーハシステムとして前記エンクロージャを含むことを特徴とする装置。 - 密度交番性伝送媒体がオープンセル構造のウレタンフォームであることを特徴とする装置。
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