JP6676887B2 - Acoustic structure and acoustic panel - Google Patents
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Description
本発明は、音波が伝搬する空洞を含む音響構造体に関する。 The present invention relates to an acoustic structure including a cavity through which sound waves propagate.
この種の音響構造体の一例としてはスピーカのバックチャンバが挙げられる。この種の音響構造体では、上記空洞内に特定の周波数の音波が伝搬した場合に当該音波と当該空洞を区画する壁面による反射波との重ね合わせにより定在波が発生し、周波数特性に乱れが生じる場合がある。例えば、上記定在波の周波数が上記スピーカの再生担当帯域(すなわち、上記スピーカに入力されるオーディオ信号の表す音の周波数の下限と上限とで定まる周波数帯域)に含まれている場合には、本来平坦であるべきスピーカの周波数特性に上記定在波の周波数に応じたピークやディップが現れる、といった具合である。そこで、このような定在波に起因する周波数特性の乱れを防止する技術が従来より種々提案されており、その一例としては非特許文献1や非特許文献2、或いは特許文献1や特許文献2に開示の技術が挙げられる。 One example of this type of acoustic structure is the back chamber of a speaker. In this type of acoustic structure, when a sound wave of a specific frequency propagates in the cavity, a standing wave is generated by superimposition of the sound wave and a reflected wave by a wall surface defining the cavity, and the frequency characteristics are disturbed. May occur. For example, when the frequency of the standing wave is included in the band in charge of reproduction of the speaker (that is, the frequency band determined by the lower limit and the upper limit of the frequency of the sound represented by the audio signal input to the speaker), For example, a peak or a dip corresponding to the frequency of the standing wave appears in the frequency characteristic of the speaker which should be originally flat. Therefore, various techniques for preventing the disturbance of the frequency characteristic due to such a standing wave have been conventionally proposed, and examples thereof are Non-Patent Documents 1 and 2, or Patent Documents 1 and 2 The disclosed technology is mentioned.
非特許文献1と非特許文献2には、音響構造体(これらの文献では、スピーカのバックチャンバ)を円錐状のテーパリングチューブとすることで音波の反射を抑止し、定在波の発生を抑える技術が開示されている。上記音響構造体をテーパリングチューブとするのは、その内部の空洞において音響インピーダンスが急激に変化する箇所が発生することを避けるためである。音波の反射は音響インピーダンスが急激に変化する箇所で発生するからである。特許文献1と特許文献2には、音響構造体内部の空洞に吸音部材を設けることで定在波の発生を抑制する技術が開示されている。 Non-Patent Documents 1 and 2 disclose that the acoustic structure (in these documents, the back chamber of the speaker) is a conical tapered tube, which suppresses sound wave reflection and reduces the generation of standing waves. A suppression technique is disclosed. The reason why the acoustic structure is a tapered tube is to avoid the occurrence of a location where the acoustic impedance changes abruptly in a cavity inside the acoustic structure. This is because sound wave reflection occurs at a location where the acoustic impedance changes rapidly. Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose techniques for suppressing generation of a standing wave by providing a sound absorbing member in a cavity inside an acoustic structure.
非特許文献1、非特許文献2、特許文献1および特許文献2の各先行技術文献に開示の技術には、音響構造体或いは音響構造体を含む音響装置の周波数特性に対して広範な周波数帯域に亙る影響を及ぼす虞がある、といった共通の不具合がある。非特許文献1、非特許文献2、特許文献1および特許文献2の各文献に開示の技術では、特定の周波数の音波の伝搬のみを制御することはできず、音響構造体内部の空洞を伝搬する全ての周波数の音波が影響を受けるからである。これに加えて、これら各文献に開示の技術には以下のような問題がある。すなわち、非特許文献1と非特許文献2に開示の技術では壁面による反射波に起因する定在波を抑制することはできず、十分な効果が得られるか疑問が残るという問題である。特許文献1と特許文献2に開示の技術には、音響構造体(或いは当該音響構造体を含む音響装置)の製造コストが吸音部材の分だけ増加するといった問題がある。 The techniques disclosed in the prior art documents of Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, Patent Document 1, and Patent Document 2 include a wide frequency band for a frequency characteristic of an acoustic structure or an acoustic device including the acoustic structure. There is a common problem that the influence of In the techniques disclosed in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, Patent Document 1, and Patent Document 2, it is not possible to control only the propagation of a sound wave of a specific frequency, but to propagate through a cavity inside an acoustic structure. This is because sound waves of all frequencies are affected. In addition, the techniques disclosed in these documents have the following problems. That is, the techniques disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2 cannot suppress a standing wave caused by a reflected wave from a wall surface, and there is a problem that a question remains whether a sufficient effect can be obtained. The techniques disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 have a problem that the manufacturing cost of an acoustic structure (or an acoustic device including the acoustic structure) increases by the amount of the sound absorbing member.
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、音波が伝搬する空洞を含む音響構造体における定在波の発生を制御可能にする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a technique capable of controlling generation of a standing wave in an acoustic structure including a cavity through which a sound wave propagates.
上記課題を解決するために本発明は、音波が伝搬する空洞を含む音響構造体において、前記音波の伝搬方向と直交する面による前記空洞の断面積が、前記空洞内に発生する定在波の略節の位置または当該定在波の略腹の位置と他の位置とで異なることを特徴とする音響構造体、を提供する。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides an acoustic structure including a cavity through which a sound wave propagates, wherein a cross-sectional area of the cavity by a surface orthogonal to a direction of propagation of the sound wave is a standing wave generated in the cavity. There is provided an acoustic structure characterized in that the position differs from the position of a node or the position of a substantially antinode of the standing wave to another position.
上記空洞の断面積が一様であるとした場合において上記空洞にて発生する定在波の節の位置の断面積が他の位置の断面積より小さい形状、すなわち、当該節の位置において管径を絞り込んだ管形状に音響構造体を形成すれば、当該定在波に対応する共鳴周波数は低域側へシフトする。逆に、上記定在波の腹の位置の断面積が他の位置の断面積より小さい形状、すなわち、当該腹の位置において管径を絞り込んだ管形状に音響構造体を形成すれば、当該定在波に対応する共鳴周波数は僅かに高域側へシフトする。また、上記定在波の腹の位置の断面積が他の位置の断面積より大きい形状、すなわち、当該腹の位置において管径を膨張させた管形状に上記音響構造体を形成すれば、当該定在波に対応する共鳴周波数は僅かに低域側へシフトする。つまり、本発明によれば、上記空洞の断面積が一様であるとした場合において上記空洞にて発生する定在波の略節の位置または略腹の位置における当該空洞の断面積を他の位置における断面積とは異ならせることで当該空洞において発生する定在波の周波数を制御することが可能になる。 When the cross-sectional area of the cavity is uniform, the cross-sectional area at the node of the standing wave generated in the cavity is smaller than the cross-sectional area at other positions, that is, the tube diameter at the position of the node If the acoustic structure is formed in a tube shape in which is narrowed down, the resonance frequency corresponding to the standing wave is shifted to a lower frequency side. Conversely, if the cross-sectional area at the antinode position of the standing wave is smaller than the cross-sectional area at the other position, that is, if the acoustic structure is formed in a tube shape with a reduced diameter at the antinode position, then The resonance frequency corresponding to the standing wave slightly shifts to a higher frequency side. Further, if the acoustic structure is formed in a shape in which the cross-sectional area of the antinode position of the standing wave is larger than the cross-sectional area of the other position, that is, in the shape of a tube whose tube diameter is expanded at the antinode position, The resonance frequency corresponding to the standing wave slightly shifts to the lower frequency side. That is, according to the present invention, when the cross-sectional area of the cavity is assumed to be uniform, the cross-sectional area of the hollow at the position of the approximate node or the position of the substantially antinode of the standing wave generated in the hollow is another value. By making it different from the cross-sectional area at the position, the frequency of the standing wave generated in the cavity can be controlled.
上記音響構造体が管状に形成されている場合、上記音波の伝搬方向に直交する面として管軸方向、すなわち、音響構造体の長尺方向、に直交する面を採用すれば良い。このような音響構造体においては、管軸方向に発生する定在波が周波数特性に大きな影響を与えるからである。また、本発明の別の態様としては、当該音響構造体を複数配列してなる音響パネルであって、複数の音響構造体の各々は、内部の空洞と外部とを連通させる開口を側面に有し、当該開口を同じ方向に向けて配列されていることを特徴とする音響パネル、を提供する態様が考えられる。 When the acoustic structure is formed in a tubular shape, a surface perpendicular to the tube axis direction, that is, a longitudinal direction of the acoustic structure, may be adopted as a surface perpendicular to the sound wave propagation direction. This is because, in such an acoustic structure, a standing wave generated in the tube axis direction has a great effect on frequency characteristics. In another aspect of the present invention, there is provided an acoustic panel in which a plurality of the acoustic structures are arranged, and each of the plurality of acoustic structures has an opening on a side surface for communicating an internal cavity with the outside. Then, an aspect is provided in which an acoustic panel is provided in which the openings are arranged in the same direction.
さらに別の好ましい態様においては、上記音響構造体は、定在波の略節の位置における断面積が他の位置における断面積よりも小さい形状に形成されており、第1および第2の開口端を介して当該音響構造体の内部の空洞と連通する開管であって、上記定在波の略半波長の整数倍の管長を有し、第1の開口端が当該定在波の略腹の位置に配置され、第2の開口端が当該定在波の略節の位置に配置された開管を有することを特徴とする。定在波の略節の位置における断面積を小さくしたことによる効果と、上記開管を設けたことによる効果とが重畳し、一層高い効果が奏される。なお、上記開管を設けることにより得られる効果の詳細については特許文献3を参照されたい。また、上記開管による制御効果を高めるために、当該開管内の空間の少なくとも一部を埋める吸音材を詰めても良い。 In still another preferred aspect, the acoustic structure has a cross-sectional area at a position of a node of the standing wave smaller than a cross-sectional area at another position, and the first and second open ends are provided. An open tube that communicates with the cavity inside the acoustic structure through a length of an integral multiple of substantially a half wavelength of the standing wave, and a first open end of which is substantially an antinode of the standing wave. , And the second open end has an open tube arranged at a position of a node of the standing wave. The effect obtained by reducing the cross-sectional area of the standing wave at the position of the node is superimposed on the effect obtained by providing the open tube, and a higher effect is achieved. In addition, refer to Patent Document 3 for details of the effect obtained by providing the open tube. Further, in order to enhance the control effect by the opening, the sound absorbing material filling at least a part of the space in the opening may be filled.
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態について説明する。
(A:第1実施形態)
図1(A)は本発明の第1実施形態の音響構造体20Aを含む音響装置1Aの構成を示す斜視図である。音響装置1Aは3ウェイスピーカであり、キャビネット100の前面にウーファ101、スコーカ102およびツイータ103を取り付けてなるものである。音響装置1Aに含まれる3つのスピーカ(すなわち、ウーファ101、スコーカ102およびツイータ103)には、それぞれ固有の周波数範囲のオーディオ信号が入力される。例えば、これら3つのスピーカの各々に入力されるオーディオ信号の周波数範囲の中心周波数に着目した場合、ウーファ101についての中心周波数が最も低く、ツイータ103についての中心周波数が最も高い。なお、ウーファ101の再生担当帯域とスコーカ102の再生担当帯域は一部が重複していても良く、また、重複していなくても良い。同様に、ツイータ103の再生担当帯域とスコーカ102の再生担当帯域も一部が重複していても良く、また、重複していなくても良い。本実施形態では、スコーカ102に音響構造体20Aが含まれている。以下、スコーカ102について詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(A: First embodiment)
FIG. 1A is a perspective view illustrating a configuration of an
図1(B)は、スコーカ102の構成を示す図である。図1(B)に示すようにスコーカ102は、ドライバ10と、音響構造体20Aとを有する。ドライバ10は図示しないアンプから与えられるオーディオ信号により音響振動を発生させる振動部である。音響構造体20Aは所謂バックチャンバである。音響構造体20Aは略管状に形成された中空部材である。音響構造体20Aの一方の端部はドライバ10の背後に向かって開口する開放端であり、他方の端部210は閉塞端である。つまり、音響構造体20Aは片側閉管である。ただし、本実施形態では、音響構造体20Aは、その開放端がドライバ10の背面に連なるように配置されているため、ドライバ10の背面および音響構造体20Aにより両側閉管が形成される。
FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration of the
図1(B)に示すように、音響構造体20Aは、管軸方向(すなわち、ドライバ10の発生させた音波の伝搬方向)の中央付近の内径が他の部分における内径よりも小さくなるように、中央付近を絞り込んだ形状に形成されている。つまり、本実施形態の音響構造体20Aの内部空洞に着目すると、管軸方向の中央付近における当該管軸に垂直な面による断面の断面積が他の位置における断面積よりも小さくなっている。本実施形態では、音響構造体20Aの中央付近、すなわち、内径が他の部分における内径よりも小さくなっている部分を「絞り込み部220」と呼ぶ。このような絞り込み部220を設けたことに本実施形態の特徴がある。
As shown in FIG. 1B, the
絞り込み部220が無かったとすると、音響構造体20Aは略一様の内径を有する片側閉管であり、ドライバ10の背面および音響構造体20Aにより略一様の内径を有する両側閉管が形成される。この場合、音響構造体20A内の空洞にはドライバ10の振動により発生した音波が管軸方向に伝搬し、音響構造体20Aの管長に応じた周波数において共鳴が発生(すなわち定在波が発生)する。以下では、このような定在波のうち、波長がn(1以上の任意の自然数)番目に長いものを「n次の定在波」と呼ぶ。1次の定在波とは波長が音響構造体20Aの管長の略2倍の定在波のことをいう。1次の定在波では、音響構造体20Aの中央付近の音圧は殆ど変動せず、節となる。図1(B)では、絞り込み部220が無いとした場合に音響構造体20Aの内部空洞において発生する1次の定在波が点線で表現されている。以下では、n次の定在波の周波数のことを「n次の共鳴周波数」と呼ぶ。
Assuming that there is no narrowing
本願発明者は、内径が一様な両側閉管状の音響構造体に絞り込み部を設けることでその音響構造体内部の空洞において発生する共鳴現象が所謂管共鳴からヘルムホルツ共鳴に近い挙動を示すようになり(以下、ヘルムホルツ化)、共鳴周波数を制御できるのではないかと考え、実際に制御できることをシミュレーションにより確認した。本実施形態の音響構造体20Aはこの知見に基づくものである。以下、本願発明者の行ったシミュレーションについて詳細に説明する。
The inventor of the present application has proposed that the resonance phenomenon occurring in the cavity inside the acoustic structure has a behavior close to Helmholtz resonance from a so-called tube resonance by providing a narrowing portion in a closed-sided acoustic structure having a uniform inner diameter. In other words, it was considered that the resonance frequency could be controlled, and it was confirmed by simulation that the resonance frequency could be controlled. The
図2(A)は、両側閉管状の音響構造体に対応するモデル(以下、モデルA)の概略を示す図であり、図2(B)は絞り込み部を設けた音響構造体に対応するモデル(以下、モデルB)の概略を示す図である。図2(A)に示すようにモデルAは管長が2L0の両側閉管であり、管軸に垂直な面による上記空洞の断面は、管軸方向の何れの位置においても面積がS0の円となっている。これに対してモデルBは、モデルAの中央付近を幅2LHに亙って絞り込んだ形状となっており、この絞り込まれた部分が絞り込み部220に対応する。つまり、モデルBでは、絞り込み部が無いとした場合(すなわち、管の内径が一様であるとした場合)に発生する1次の定在波の節の位置に絞り込み部が設けられている。モデルBでは、絞り込み部における上記空洞の断面は、面積がSH(S0>SH)の円となっている。
FIG. 2A is a diagram schematically illustrating a model (hereinafter, referred to as a model A) corresponding to a two-sided closed tubular acoustic structure, and FIG. 2B is a model corresponding to an acoustic structure provided with a narrowing portion. FIG. 2 is a diagram schematically showing a model (hereinafter, model B). Two-sided closed tube of Model A pipe length 2L 0 as shown in FIG. 2 (A), the cross-section of the cavity by the plane perpendicular to the tube axis, a circular area also is S 0 at any position in the tube axis direction It has become. Model B contrast, narrowed down over the vicinity of the center of the model A to the width 2L H has a shape, the narrowed portion corresponds to the
モデルAについての1次の共鳴周波数ftは以下の数1のように表される。なお、数1においてcは音速を意味する(他の数式においても同様)。
一方、モデルBについては、図2(B)において点線で示す面Pを境にネックの長さがLHかつ体積V=S0×(L0−LH)のヘルムホルツ共鳴器が向かい合っていると考えると、モデルBにおける共鳴周波数fHはヘルムホルツ共鳴の理論式より以下の数2のように表される。なお、数2においてπは円周率を意味し、LH´は開口端補正を含むLHの値を意味する(他の数式においても同様)。
On the other hand, model B is opposed Helmholtz resonator of FIG. 2 the length of the neck to the boundary plane P indicated by a dotted line in (B) is L H and volume V = S 0 × (L 0 -L H) Given that, the resonant frequency f H in model B is expressed by the number 2 below the theoretical equation of the Helmholtz resonance. In equation (2), π represents the pi, and L H ′ represents the value of L H including the aperture end correction (the same applies to other mathematical expressions).
ここで、ft>fHとなる条件、すなわち、管共鳴からヘルムホルツ共鳴に変化することにより1次の共鳴周波数が低域側にシフトする条件について考察する。ft>fHの左辺に数1を代入するとともに同右辺に数2を代入して根号を外すと以下の数3の関係が得られる。なお、以下の数3左辺のおけるaHは絞込み部220における半径(すなわち、πaH 2=SH)であり、同数3左辺のおけるa0は絞込み部220以外の部分における半径(すなわち、πa0 2=S0)である。
図2(B)に示すようにヘルムホルツ共鳴器が互いに向かい合う場合、LH´がどのような値になるかははっきりとしないため、以下では最も厳しい条件の場合、すなわち、LH´=LHの場合について考察する。aH/a0とLH/L0が等しい場合であれば、aH/a0=LH/L0=tと置いたときに以下の数4を満たせば、数3が常に成り立つ。なお、数4におけるdは数5に示す値である。また、aH/a0とLH/L0とが等しいか否かとは無関係に、0<aH/a0<f(数6参照)の場合はLH/L0=1/2であれば数3が成り立ち、0<aH/a0<d(数5参照)の場合はe(数7参照)<LH/L0<dであれば数3が成り立つ。
数3に示す条件について、より一般的に検討すると、以下の通りである。まず、開口端補正を含むLHの値LH´は、一般に以下の数8のように表すことができる。数8右辺におけるxは開口端補正を表すパラメータであり、バッフル面がある場合はx=1.7である。この数8を数3の右辺に代入し、さらに、aH/a0=t、LH/L0=r、およびu=x(aH/L0)と置き換えて数3を整理すると以下の数9が得られる。
ここで、t≒1、かつr≒0の場合、すなわち、aH≒a0かつLH≒0の場合(換言すれば、直管状の管体の中央付近をわずかに絞り込んで絞り込み部220を形成した場合)について考察する。t=1およびr=0を数9に代入し、u=x(aH/L0)であることを考慮して数9を整理すると、以下の数10が得られ、数10が成り立てば前掲数3も成り立つ。数10左辺は管径a0の管長L0に対する比を表している。数10を参照すれば明らかなように、管径a0の管長L0に対する比がある値(数10右辺の値)より大きければ、管体の中央をわずかに絞り込んで絞り込み部220を形成することで、数3に示す条件が満たされること、すなわち、ヘルムホルツ化により共鳴周波数を低域側にシフトさせることができること、が判る。
図3は、ft=760Hzとなり、かつ数10を満たすようにL0、およびa0が定められたモデルAおよびモデルBについての周波数特性のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、本シミュレーションにおけるモデルAおよびモデルBの管長(すなわち、2×L0)は224mmであり、モデルBにおける絞り込み部220の管軸方向の幅(すなわち、2×LH)は10mmである。図3におけるグラフ曲線GAはモデルAの周波数特性を表しており、グラフ曲線GBはモデルBの周波数特性を表している。図3を参照すれば明らかなように、グラフ曲線GAには、モデルAの1次共鳴周波数に対応する760Hz付近、2次の共鳴周波数に対応する1520Hz付近および3次の共鳴周波数に対応する2280Hz付近にピークPA1、PA2およびピークPA3が現れている。これに対してグラフ曲線GBでは、上記ピークPA1に対応するピークPB1と上記ピークPA3に対応するピークPB3は低周波数側にシフトし、さらにそのピーク値も小さくなっているとともに、ピークPA2に対応するピークPB2は高域側に僅かにシフトしピーク値も若干大きくなっている。
FIG. 3 is a graph showing simulation results of frequency characteristics of models A and B in which f t = 760 Hz and L 0 and a 0 are determined so as to satisfy
音響装置において発生する共鳴現象のうち、その音響装置の周波数特性に最も影響を与えるのは1次の共鳴現象であることが多い。上記シミュレーション結果から明らかなように、両側閉管状の音響構造体を数10に示す条件を満たすように形成し、さらに1次の定在波の節の位置に絞り込み部を設けることで、1次の共鳴周波数を低域側にシフトさせるとともにそのピーク値を小さくすることができる。これを利用することで、1次の共鳴現象に起因する周波数特性の乱れを緩和できると期待される。なお、上記シミュレーション結果において3次の共鳴周波数にも上記1次の共鳴周波数と同様の変化が表れているのは、1次の定在波の節の位置は3次の定在波の節の位置でもあり、1次の共鳴現象と同様にヘルムホルツ化による変化と考えられる。
Of the resonance phenomena that occur in an acoustic device, the primary resonance phenomenon that most affects the frequency characteristics of the acoustic device is often the case. As is clear from the above simulation results, the acoustic structure having a closed tubular structure on both sides is formed so as to satisfy the condition shown in
2次の共鳴現象について1次の共鳴現象とは異なる変化が表れているのは、1次の定在波の節の位置は2次の定在波の腹の位置であることに起因すると考えられる。共鳴周波数が高域側にシフトしていることから、絞り込み部220を定在波の腹の位置に設けることは管長を短くすることに相当すると考えられ、管長の変化であるため、ヘルムホルツ化に比較してシフト量が小さくなっていると考えられる。なお、1次の共鳴周波数と2次の共鳴周波数のシフト量の大きさを比較すれば明らかなように、1次の定在波の節の位置に絞り込み部220を設けることに起因する2次の共鳴周波数への影響は略無視することができる。
The reason why the change of the secondary resonance phenomenon different from that of the primary resonance phenomenon appears is that the position of the node of the primary standing wave is the position of the antinode of the secondary standing wave. Can be Since the resonance frequency is shifted to the higher frequency side, it is considered that providing the narrowing
また、本願発明者は、絞り込み部220における絞り込みの大きさが1次の共鳴周波数のシフト量およびピーク値の変動量に与える影響を確かめるため、各々断面積が異なる複数のモデル(モデルR10、R7、R5、R3、R1の順に断面積が小さい5つのモデル、図4にはモデルR10、R7、R5、およびR1を図示)を用いて周波数特性に関するシミュレーションを行い、絞り込み部における断面積と一次の共鳴周波数の低域側へのシフト量とピーク値との関係を調べた。なお、このシミュレーションでは、ドライバ10におけるダイヤフラム裏の空間(図4における半円空間)を含めてモデル化したモデルを用いたが、当該空間はバックチャンバに比べ小さく、当該空間の有無でシミュレーション結果が変わることは略無い。図5は上記シミュレーションにより得られた周波数特性を表す図である。図5に示すように絞り込み部220の断面積が小さいほどシフト量が大きく、かつピーク値も小さいことが判る。
In addition, the inventor of the present application examined a plurality of models (models R10 and R7) having different cross-sectional areas in order to confirm the influence of the size of the narrowing down in the narrowing down
本実施形態の音響構造体20Aは上記シミュレーション結果を踏まえて構成されたものである。図6は、絞り込み部220が無いとした場合の1次の共鳴周波数が1kHzとなるように設計した音響構造体20Aについての周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図6におけるグラフ曲線GA´は絞り込み部220が無いとした場合の周波数特性を示すグラフ曲線であり、グラフ曲線GB´は音響構造体20Aの周波数特性を示すグラフ曲線である。図6を参照すれば明らかなように、絞り込み部220を設けたことによって上記モデルBと同様に各次数の共鳴周波数がシフトし、またピーク値が変化していることが判る。したがって、1次の定在波によりスコーカ102の周波数特性に乱れが生じている場合には、当該1次の共鳴周波数がスコーカ102の担当周波数帯域の下限よりも低域側に移動するように絞り込み部220における空洞の断面積を調整しておくことで、1次の定在波に起因する周波数特性の乱れが聴感上あらわになることを回避できる。
The
本実施形態では、絞り込み部220が無いとした場合の音響構造体20A(すなわち、ドライバ10の背面とともに両側閉管を形成する片側閉管状の音響構造体)の内部空洞において発生する1次の共鳴周波数を低域側にシフトさせる場合について説明したが、1次の共鳴周波数とともに2次の共鳴周波数をシフトさせる場合には、図7(A)に示すように2次の定在波の節の位置に絞り込み部220´をさらに設けるようにすれば良い。なお、図7(A)では、絞り込み部220および220´が無い場合の2次の定在波が点線で描画されている。絞り込み部220に加えて絞り込み部220´を設けることで、図7(B)に示すように、2次の共鳴周波数を低域側にシフトさせることができる。
In the present embodiment, the primary resonance frequency generated in the internal cavity of the
以上説明したように、本実施形態によれば、音響構造体20Aを有する音響装置1の全周波数帯域に亙る周波数特性に影響が生じることを回避しつつ、特定の周波数の定在波に起因する周波数特性の乱れを緩和することが可能になる。加えて、本実施形態によれば、吸音部材等が別途必要になることはないため、音響構造体20A或いは、当該音響構造体20Aを含む音響装置(スコーカ102、或いはスコーカ102を含む音響装置1)の製造コストが上昇することも無い。なお、本実施形態ではスコーカ102のバックチャンバへの本発明の適用例を説明したが、ウーファ101或いはツイータ103のバックチャンバに本発明を適用しても勿論良く、以下の第2および第3実施形態についても同様である。
As described above, according to the present embodiment, it is caused by the standing wave of the specific frequency while avoiding affecting the frequency characteristics of the acoustic device 1 having the
(B:第2実施形態)
本発明の第2実施形態である音響構造体は、音響構造体20Aと同様にスコーカ等におけるバックチャンバであるが、ドライバ10に臨む側とは反対側の端部210が開放端である点が音響構造体20Aと異なる。ドライバ10に臨む側とは反対側の端部210が開放端であるため、第1実施形態のスコーカ102における音響構造体20Aを本実施形態の音響構造体に置き換えると、ドライバ10の背面と当該音響構造体とにより片側閉管が形成される。
(B: Second embodiment)
The acoustic structure according to the second embodiment of the present invention is a back chamber in a squawker or the like, like the
絞り込み部220を有さない片側閉管状の音響構造体の内部空洞において発生する1次の定在波の節の位置は当該音響構造体の開放端付近であり、同2次の定在波の節の位置は同開放端から閉塞端側へ1/2波長だけ離れた位置である。本願発明者は、片側閉管状の音響構造体についても、定在波の節の位置に絞り込み部を設けることでその定在波に対応する共鳴周波数が低域側にシフトすることをシミュレーションにより確認した。図8は、片側閉管状の音響構造体の周波数特性についてのシミュレーション結果、すなわち、片側閉管状の音響構造体の1次の定在波の節の位置に絞り込み部220を設けた場合の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図8を参照すれば明らかなように、片側閉管状の音響構造体の1次の定在波の節の位置に絞り込み部220を設けることで、1次の共鳴周波数は低域側にシフトする。同様に、2次の共鳴周波数を低域側にシフトさせる場合は、図9(A)に示すように、端部210からドライバ10の背面側へ1/2波長隔てた位置に絞り込み部220を設ければ良い。このようにすることで、図9(B)に示すように2次の共鳴周波数を低域側にシフトさせることができる。
The position of the node of the primary standing wave generated in the internal cavity of the one-sided closed tubular acoustic structure having no narrowing
本実施形態によっても、バックチャンバ等の音響構造体を有する音響装置の全周波数帯域に亙る周波数特性に影響が生じることを回避しつつ、特定の周波数の定在波に起因する周波数特性の乱れを緩和することが可能になる。加えて、本実施形態によれば、吸音部材等が別途必要になることはないため、上記音響構造体或いは、当該音響構造体を含む音響装置の製造コストが上昇することも無い。 According to the present embodiment as well, it is possible to avoid the influence on the frequency characteristics over the entire frequency band of the acoustic device having the acoustic structure such as the back chamber, and to suppress the disturbance of the frequency characteristics due to the standing wave of the specific frequency. It is possible to ease. In addition, according to the present embodiment, there is no need for a separate sound absorbing member or the like, so that the manufacturing cost of the acoustic structure or the acoustic device including the acoustic structure does not increase.
(C:第3実施形態)
図10は本発明の第3実施形態である音響構造体20Cの構成例を示す図である。本実施形態の音響構造体20Cもスコーカ等におけるバックチャンバである。図10では図1(B)におけるものと同一の構成要素には同一の符号が付されている。図10を参照すれば明らかように、音響構造体20Cは、音響構造体20Aと同様に、絞り込み部220が無いとした場合の当該音響構造体20Cの内部空洞において発生する1次の共鳴周波数の節の位置に絞り込み部220を有する。図10と図1(B)とを対比すれば明らかなように、音響構造体20Cは、第1および第2の開口端を介して音響構造体20Cの内部空洞に各々連通する開管21および22を有する点と、吸音材23a〜23fを有する点が音響構造体20Aと異なる。
(C: Third embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an
開管21と開管22の管長は等しく、その管長は、上記1次の定在波の略半波長の整数倍である。開管21の第1の開口端21aは当該定在波の略腹の位置に配置され、第2の開口端21bは当該定在波の略節の位置に配置されている。そして、開管21には、開管21内の空間の少なくとも一部を埋める吸音材23aが詰められている。同様に、開管22の第1の開口端22aは当該定在波の略腹の位置に配置され、第2の開口端22bは当該定在波の略節の位置に配置されている。そして、開管22にも、開管22内の空間の少なくとも一部を埋める吸音材23bが詰められている。このような開管21および22を設けた理由は次の通りである。
The tube lengths of the
特許文献3には、音波が伝搬する空洞を含む管状の音響構造体に、第1および第2の開口端を介して当該空洞と連通する開管であって、上記空洞内において発生する定在波の略半波長の整数倍の管長を有し、第1の開口端が当該定在波の略腹の位置に配置され、第2の開口端が当該定在波の略節の位置に配置された開管を設けることで、当該定在波に起因して上記音響構造体の周波数特性に現れるピークやディップを緩和できることが記載されている。音響構造体20Cに開管21および22を設けたのは、絞り込み部220による効果と、開管21および22を設けることによる効果(特許文献3に記載の効果)とを重畳させ、上記ピークやディップの緩和効果を一層高めるためである。また、吸音材23aおよび23bを各々開管21および22に詰めたのは、開管21および22を設けることによる効果を一層高めるためである。
Patent Literature 3 discloses an open tube that communicates with a hollow acoustic structure including a cavity through which a sound wave propagates through the first and second open ends, and the stationary acoustic structure is generated in the cavity. It has a tube length that is an integral multiple of a half wavelength of a wave, a first open end is disposed at a position of a substantially antinode of the standing wave, and a second open end is disposed at a position of a node of the standing wave. It is described that by providing the opened tube, a peak or a dip appearing in the frequency characteristics of the acoustic structure due to the standing wave can be reduced. The reason why the opening
図11は、絞り込み部220を有さない場合(すなわち、直管状の音響構造体に開管21および22を設け、かつ吸音材23a〜23fを設けた場合)と有する場合(絞り込み部220を有する音響構造体に開管21および22を設け、かつ吸音材23a〜23fを設けた場合)の各々についての音響構造体20Cの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図11を参照すれば明らかなように、絞り込み部220を設けることで、絞り込み部220を有さない場合に比較して1次の共鳴周波数が低域側にシフトしていることが判る。なお、本実施形態では、開管21および22によるピークやディップの緩和効果を一層高めるために吸音材23aおよび23bを各々開管21および22に詰めたが、開管21および22の何れか一方にのみ、その内部の空間の少なくとも一部を埋める吸音材を詰めても良く、当該吸音材を省略しても良い。同様に吸音材23c〜23fのうちの何れかまたは全部を省略しても良い。
FIG. 11 shows a case without the narrowing part 220 (that is, a case where the
(D:第4実施形態)
図12は本発明の第4実施形態の音響構造体20Dを有する音響装置1Dの構成例を示す図である。より詳細に説明すると、図12(A)は、音響装置1Dの斜視図であり、図12(B)は同音響装置1Dの図12(A)のXX´線に沿った断面(XX´線を含みz軸に垂直な面による断面)の断面図であり、図12(C)は図12(A)のYY´線に沿った断面(YY´線を含みy軸に垂直な面による断面)の断面図である。本実施形態の音響装置1Dは、側面に開口205を有する中空角柱状の音響構造体20Dを、開口205を同一の方向(本実施形態では、z軸方向)に向けて複数(本実施形態では2つ)配列した音響パネルである。
(D: Fourth embodiment)
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of an
図12(B)では開口205の位置が点線で描画されている。音響構造体20Dは、開口205を開放端とする片側閉管として機能する。図12(B)および図12(C)を参照すれば明らかなように、音響構造体20Dの内壁は、上記開放端に対応する閉塞端の近傍(すなわち、当該音響構造体20Dの内部の空洞において発生する1次の定在波の腹の位置)において張り出しており、この張り出し部分が絞り込み部220の役割を果たす。このため、音響構造体20Dについての1次の共鳴周波数は、上記張り出し部分(すなわち、絞り込み部220)が無いとした場合に比較して高域側へシフトする。
In FIG. 12B, the position of the
本実施形態によっても、音響構造体20Dを有する音響装置1Dの全周波数帯域に亙る周波数特性に影響が生じることを回避しつつ、特定の周波数の定在波に起因する周波数特性の乱れを緩和することが可能になる。加えて、本実施形態においても吸音部材等が別途必要になることはないため、音響構造体20D或いは、当該音響構造体20Dを含む音響装置1Dの製造コストが上昇することも無い。なお、本実施形態では、開口205を同一の方向に向けて複数の音響構造体20Dを配列して音響装置1Dを構成したが、音響装置1を構成する複数の音響構造体20Dの開口205が同一の方向を向いている必要はない。
According to the present embodiment as well, the disturbance of the frequency characteristics caused by the standing wave of the specific frequency is reduced while avoiding the influence on the frequency characteristics over the entire frequency band of the
(E:その他の実施形態)
以上本発明の各実施形態について説明したが、これら実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
(1)上記第1実施形態では、絞り込み部220を介して連通する各空間の形状が全て共通で、各空間の体積も共通であったが、図13(A)に示す音響構造体20E1および図13(B)に示す音響構造体20E2のように、絞り込み部220を介して連通する各空間の形状や体積が異なっていても良い。図13(A)および図13(B)に示すように、絞り込み部220を介して連通する各空間の形状や体積が異なる場合であっても、ヘルムホルツ化による共鳴周波数のシフトが発生することに変わりはないからである。なお、ヘルムホルツ化による共鳴周波数については、絞り込み部220を介して連通する各空間をそれぞれバネに対応させ、絞り込み部220内の空気を質点に対応させたバネ・マス系と見做すことで算出することができる。また、絞り込み部220を介して連通する各空間の形状は円筒形状には限定されず、図13(C)に示す音響構造体20E3のように楕円体形状であっても良い。
(E: Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the following modifications may be made to these embodiments.
(1) In the first embodiment, the shapes of the spaces communicating with each other via the narrowing-down
(2)上記第1〜第3実施形態の各々における絞り込み部220を、図14(A)に示す音響構造体20F1におけるもののような曲がった円柱状の形状としても良く、図14(B)に示す音響構造体20F2におけるもののような、断面積の小さい複数の円柱を並べた形状としても良い。また、図14(C)に示す音響構造体20F3のように、管の端部から1次の定在波の節の位置に向かうにつれて管の断面積が次第に小さくなるよう音響構造体を形成しても良い。第4実施形態における絞り込み部220についても、図14(D)〜(F)の各図に示す形状であっても良い。図14(D)〜(F)では開口205の位置が点線で描画されており、図14(D)〜(F)には、音響パネルを構成する音響構造体の開口205の近傍(すなわち、1次の定在波の節の位置)に絞り込み部220を設ける場合について例示されている。なお、第1〜第3実施形態の各々における音響構造体においても、管内に図14(D)〜(F)に示す張り出しを設けることで絞り込み部220を形成しても良い。このような音響構造体の形成方法としては、例えば当該音響構造体を管軸を含む平面で2分割した各部材を樹脂等の素材の射出成型により形成し、それら部材を張り合わせることで形成する方法が考えられる。絞り込み部を設けることで共鳴周波数をシフトさせる場合、絞り込み部220における空洞の断面積が他の部分における空洞の断面積よりも小さい形状であれば、絞り込み部220の形状はどのような形状であっても良く、絞り込み部220の形成方法はどのような方法であっても良い。
(2) The narrowing
(3)上記各実施形態では、管状の音響構造体の内部空洞において発生する定在波の節の位置に絞り込み部を設けること(すなわち、当該節の位置における上記空洞の断面積を他の位置における断面積よりも小さくすること)で、当該定在波に対応する共鳴周波数を低域側にシフトさせた。しかし、低域側へシフトさせる共鳴周波数が偶数次の共鳴周波数である場合には、上記共鳴周波数に対応する定在波の腹の位置における断面積が他の位置における断面積よりも大きくなるよう音響構造体を形成することでも同様の効果が得られる。 (3) In each of the above embodiments, the narrowing portion is provided at the position of the node of the standing wave generated in the internal cavity of the tubular acoustic structure (that is, the sectional area of the cavity at the position of the node is changed to another position). ), The resonance frequency corresponding to the standing wave was shifted to a lower frequency side. However, when the resonance frequency to be shifted to the lower frequency side is an even-order resonance frequency, the cross-sectional area at the antinode position of the standing wave corresponding to the resonance frequency is larger than the cross-sectional area at other positions. Similar effects can be obtained by forming an acoustic structure.
図15(A)には、2次の定在波の腹の位置(換言すれば1次の定在波の節の位置)に他の位置におけるものより断面積が大きい膨張部230を設けた両側閉管状の音響構造体20Gが例示されており、図15(B)は当該音響構構造体20Gの周波数特性についてのシミュレーション結果を示す図である。図15(B)を参照すれば明らかように、膨張部230を上記位置に設けることで、2次の共鳴周波数が低域側へ僅かにシフトしている一方、1次の共鳴周波数は殆どシフトしていないことが判る。上記各実施形態および本変形例のシミュレーション結果をまとめると以下の通りである。すなわち、音波が伝搬する空洞を含む管状の音響構造体において、上記空洞において発生する定在波の略節の位置における当該音波の伝搬経路と交わる面による上記空洞の断面積を他の位置よりも小さくすることで当該定在波に対応する共鳴周波数を低域側に大きくシフトさせることができる。また、上記音響構造体において、上記空洞において発生する定在波の略腹の位置における当該音波の伝搬経路と交わる面による上記空洞の断面積を他の位置よりも小さくすることで当該定在波に対応する共鳴周波数を高域側に小さくシフトさせることができ、逆に前者の断面積を後者の断面積よりも大きくすると同共鳴周波数を低域側に小さくシフトさせることができる。
In FIG. 15A, an expanding
また、上記各実施形態では、管状の音響構造体への本発明の適用例を説明したが、本発明の適用対象は管状の音響構造体には限定されず、スピーカエンクロジャなどの箱型の音響構造体であっても良い。要は、音波が伝搬する空洞を含む音響構造体、すなわち、当該音響構造体を形作る壁面により区間された空間を内部に有する音響構造体であって、振動体等の振動により発生した音波が当該空間内に伝搬する音響構造体であれば、音波の伝搬方向と直交する面による上記空間の断面積が定在波の略節の位置または略腹の位置と他の位置とで異なる形状に形成することで、当該定在波に対応する共鳴周波数をシフトさせることができる。また上記各実施形態では、管状の音響構造体の管軸方向に発生する定在波に対応する共鳴周波数をシフトさせる場合について説明したが、他の方向(例えば、管軸と直交する方向)に発生する定在波に対応する共鳴周波数についても、当該定在波の略節の位置或いは略腹の位置における音響構造体の内部の空洞の断面積を他の位置とは異ならせることでシフトさせることができる。要は、制御対象の定在波を発生させる音波の伝搬方向と直交する面による上記空洞の断面積が当該定在波の略節の位置或いは略腹の位置と他の位置とで異なっていれば良い。 Further, in each of the above embodiments, the application example of the present invention to the tubular acoustic structure has been described. However, the application target of the present invention is not limited to the tubular acoustic structure, and a box-shaped acoustic structure such as a speaker enclosure. It may be an acoustic structure. In short, an acoustic structure including a cavity through which a sound wave propagates, that is, an acoustic structure having a space defined by walls forming the acoustic structure inside, and the sound wave generated by vibration of a vibrator or the like is generated by the acoustic structure. If it is an acoustic structure that propagates in space, the cross-sectional area of the space due to the plane orthogonal to the direction of propagation of the sound wave is formed in a shape different from the position of the approximate node or the position of the antinode of the standing wave and other positions By doing so, the resonance frequency corresponding to the standing wave can be shifted. In each of the above embodiments, the case where the resonance frequency corresponding to the standing wave generated in the tube axis direction of the tubular acoustic structure is shifted has been described, but the resonance frequency is shifted in another direction (for example, a direction orthogonal to the tube axis). The resonance frequency corresponding to the generated standing wave is also shifted by making the cross-sectional area of the cavity inside the acoustic structure at a position of a node or a substantially antinode of the standing wave different from other positions. be able to. The point is that the cross-sectional area of the cavity due to the plane orthogonal to the propagation direction of the sound wave for generating the standing wave to be controlled differs between the position of the node or the position of the antinode of the standing wave and other positions. Good.
(4)上記第3実施形態では、音響構造体20Cは、第1および第2の開口端を介して音響構造体20Cの内部空洞に各々連通する開管21および22を有していたが、この開管が1本のみ、或いは3本以上であってもよい。さらに、上記第3実施形態では、開管21と開管22の管長は等しいが、例えば図16のように、異なっていてもよい。つまり、音響構造体20Cが複数の開管を有している場合、各開管の管長が互いに異なっていてもよいし、複数の開管の中に管長が同じものが少なくとも2本含まれていてもよい。音響構造体20Cが有する開管の管長が全て等しいと、開管の管長に対応する周波数の定在波に起因して音響構造体20Cの周波数特性に現れるピークやディップの緩和効果を一層高めることができる。また、音響構造体20Cが有する開管の管長が互いに異なると、各開管の管長に対応する様々な周波数の定在波に起因するピークやディップを緩和することができる。
(4) In the third embodiment, the
(5)上記第3実施形態では、図10に示すように、開管21および22は2回屈曲していた。しかし、開管21と開管22の少なくとも一方が、3回以上或いは1回のみ屈曲していてもよい。例えば、図17の音響構造体20Cでは、開管21および22は5回屈曲している。開管21および22が少なくとも1回屈曲していると、音響構造体がコンパクトになり、音響構造体を音響装置に効率よく収納することができる。なお、開管21と開管22の屈曲回数は一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
(5) In the third embodiment, as shown in FIG. 10, the
また、開管21および22が屈曲していなくてもよい。この態様では、開管21および22は第1の開口端と第2の開口端の何れか一方のみを介して内部空洞に連通する。この態様であっても、内部空洞内において発生する定在波に起因して音響構造体20Cの周波数特性に現れるピークやディップを緩和することができる。なお、開管21と開管22のいずれか一方が第1の開口端或いは第2の開口端のみを介して内部空洞に連通していてもよい。
Also, the
(6)上記第3実施形態と上記第2実施形態或いは上記第4実施形態とを組み合わせてもよい。例えば、第3実施形態と第4実施形態を組み合わせる態様では、図18に示すように音響構造体20Dを形作る壁面に開管21および22を埋め込んでもよいし、図19に示すように開管21および22を設けていてもよい。
(6) The third embodiment may be combined with the second embodiment or the fourth embodiment. For example, in a mode in which the third embodiment and the fourth embodiment are combined, the
1A,1D…音響装置、10…ドライバ、20A、20C、20D、20E、20F、20G…音響構造体、210…端部、220…絞り込み部、230…膨張部、21,22…開管、23a,23b,23c,23d,23e,23f…吸音材、100…キャビネット、101…ウーファ、102…スコーカ、103…ツイータ。
1A, 1D acoustic device, 10 driver, 20A, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G acoustic structure, 210 end portion, 220 narrowing portion, 230 expanding portion, 21, 22 open tube, 23a , 23b, 23c, 23d, 23e, 23f: sound absorbing material, 100: cabinet, 101: woofer, 102: squawker, 103: tweeter.
Claims (7)
スピーカの後部に接続する開口端と、閉塞端とを有し、
前記音波の伝搬方向と直交する面による前記空洞の断面積が、前記空洞内に発生する定
在波の略節の位置または当該定在波の略腹の位置と他の位置とで異なり、
前記定在波の略節の位置における断面積が他の位置における断面積よりも小さい
ことを特徴とする音響構造体。 In an acoustic structure including a cavity through which sound waves propagate,
It has an open end connected to the rear of the speaker and a closed end,
Sectional area of the cavity by the plane perpendicular to the propagation direction of the acoustic waves, different for the position and another position substantially antinode position or the standing wave of substantially clause of the standing wave occurring in the cavity,
A cross-sectional area at a position of a node of the standing wave is smaller than a cross-sectional area at another position .
前記音波の伝搬方向と直交する面とは、管軸方向に直交する面であることを特徴とする The plane orthogonal to the sound wave propagation direction is a plane orthogonal to the tube axis direction.
請求項1に記載の音響構造体。The acoustic structure according to claim 1.
前記開管は、前記定在波の略半波長の整数倍の管長を有し、 The open tube has a tube length that is an integral multiple of substantially a half wavelength of the standing wave,
前記開管の開口端は、前記定在波の略腹の位置と前記定在波の略節の位置との少なくとも一方に配置される The open end of the open tube is arranged at at least one of a position of a substantially antinode of the standing wave and a position of a node of the standing wave.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の音響構造体。 The acoustic structure according to claim 1 or 2, wherein:
複数の前記開管の管長は互いに異なる The pipe lengths of the plurality of open pipes are different from each other
ことを特徴とする請求項3に記載の音響構造体。 The acoustic structure according to claim 3, wherein:
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の音響構造体。 The acoustic structure according to claim 3 or 4, wherein:
ことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1の請求項に記載の音響構造体。 The acoustic structure according to any one of claims 3 to 5, characterized in that:
前記複数の音響構造体の各々は、 Each of the plurality of acoustic structures,
管状に形成され、内部の空洞と外部とを連通させる開口を側面に有し、 It is formed in a tubular shape and has an opening on the side that allows the internal cavity to communicate with the outside,
管軸方向に直交する面による前記内部の空洞の断面積が、当該空洞内に発生する定在波の略節の位置または当該定在波の略腹の位置と他の位置とで異なる The cross-sectional area of the internal cavity due to a plane orthogonal to the tube axis direction is different between the position of the node of the standing wave generated in the cavity or the position of the substantially antinode of the standing wave and other positions
ことを特徴とする音響パネル。 An acoustic panel, characterized in that:
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