(57)【要約】  音響装置は、音響エネルギーを前記パイプ内に放射するようにパイプと音響的に結合されている音響ドライバを具備している。前記パイプは、少なくとも前記パイプの長さの一部に沿った細長い開口部を具備しており、それを通って音響エネルギーは、周囲に放射される。前記放射は、体積速度により特徴付けられる。前記パイプおよび前記開口部は、前記体積速度が前記パイプの長さに沿ってほぼ一定となるように構成されている。
2011520354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響装置であって、
パイプ内に音響エネルギーを放射するように該パイプと音響的に結合されている音響ドライバを具備し、
前記パイプは、少なくとも前記パイプの長さの一部に沿った細長い開口部を備え、
前記開口部を通って音響エネルギーが周囲に放射され、
前記放射は、体積速度によって特徴付けられており、
前記パイプおよび開口部は、体積速度が前記パイプの長さに沿ってほぼ一定であるように構成されていることを特徴とする音響装置。
【請求項２】
前記パイプは、前記パイプに沿った圧力がほぼ一定であるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項３】
前記開口部において音響的な抵抗物質をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項４】
前記音響的な抵抗物質の抵抗は、前記パイプの長さに沿って異なることを特徴とする請求項３に記載の音響装置。
【請求項５】
前記開口部の幅は、前記パイプの長さに沿って異なることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項６】
前記開口部は、楕円形であることを特徴とする請求項５に記載の音響装置。
【請求項７】
前記パイプの断面積は、前記パイプの長さに沿って異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響装置。
【請求項８】
前記パイプは、少なくとも屈曲または湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項９】
前記開口部は、その長さに沿って少なくとも屈曲または湾曲していることを特徴とする請求項８に記載の音響装置。
【請求項１０】
前記開口部は、少なくとも屈曲または湾曲している面にあることを特徴とする請求項８に記載の音響装置。
【請求項１１】
前記開口部は、前記音響ドライバの軸が、ノンゼロにおいて、前記音響ドライバの軸に対して垂直でない角度で交差する平面内に位置することを特徴とする請求項１または請求項７に記載の音響装置。
【請求項１２】
前記開口部は、ノンゼロにおいて、前記軸に対して垂直でない角度で、前記パイプをカットすることにより成形された開口部に一致することを特徴とする請求項１１に記載の音響装置。
【請求項１３】
前記パイプおよび前記開口部は、前記音響エネルギーが前記パイプの終端に到達する前に、前記音響ドライバにより放射されるほぼすべての前記音響エネルギーが前記開口部を通って放射されるように、構成されるとともに特定の寸法に合わせられていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の音響装置。
【請求項１４】
ラウドスピーカデバイスを動作させる方法であって、
音響エネルギーをパイプ内へ放射するステップと、
前記パイプから、前記パイプの細長い開口部を通って、ほぼ一定の体積速度において前記音響エネルギーを放射するステップと、
を具備することを特徴とするラウドスピーカデバイスを動作させる方法。
【請求項１５】
前記パイプから放射するステップは、前記開口部に沿った圧力がほぼ一定となるように前記音響エネルギーを放射するステップを具備していることを特徴とする請求項１４に記載のラウドスピーカデバイスを動作させる方法。
【請求項１６】
前記パイプから音響的な抵抗物質を介して前記開口部を通って、前記音響エネルギーを放射するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載のラウドスピーカデバイスを動作させる方法。
【請求項１７】
パイプの長さに沿って断面積が異なるパイプ内に音響エネルギーを放射するステップをさらに具備していることを特徴とする請求項１４に記載のラウドスピーカデバイスを動作させる方法。
【請求項１８】
音響装置は、
パイプ内に音響エネルギーを放射するように該パイプと音響的に結合されている音響ドライバを具備し、
前記パイプは、少なくとも前記パイプの長さの一部に沿った細長い開口部を具備しており、
前記開口部を通って、音響エネルギーは、周囲に放射され、
前記開口部は、前記音響ドライバの軸がノンゼロにおいて、前記音響ドライバの軸に対して垂直でない角度で交差する平面内に位置することを特徴とする音響装置。
【請求項１９】
前記開口部において音響的な抵抗物質をさらに具備することを特徴とする請求項１８に記載の音響装置。
【請求項２０】
音響装置であって、
パイプ内に音響エネルギーを放射するように該パイプと音響的に結合されている音響ドライバと、
前記パイプから周囲へ放射されるすべての音響エネルギーが抵抗性のある開口部を通って出るための、前記パイプのすべての開口部における音響的な抵抗物質と、
を具備していることを特徴とする音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性放射がパッシブに制御されるラウドスピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、HollandおよびFahy, 「A Low-Cost End-Fire Acoustic Radiator」, J. Audio Engineering Soc. Vol. 39, No. 7/8, 1991 July/Augustの図４により提案されている従来技術における縦型音響パイプラジエータを示している。縦型パイプラジエータは、穴１２のアレイを有するＰＶＣパイプ１６を具備している。もし『音波が前記パイプに沿って通過するならば、それぞれの穴は、個別の音源として振舞う。なぜならそれぞれの穴からの出力は、前記パイプに沿って音が伝播することにより、およそｌ/ｃ0（ここでｌは、前記穴間の距離であり、ｃ0は、音速である）遅延され、結果として得られるアレイは、伝播波の方向に音を発するからである。このようなラジエータのタイプは、放送や観察などで使用されている「ライフル」または「ガン」マイクと相補的である。』（５４０頁）。
【０００３】
『数学的モデルからの指向性の予測によると、前記パイプの終端インピーダンスが特性インピーダンスρ0ｃ0／Ｓ［ここでρ0は、空気密度、ｃ0は、音速、そしてＳは、前記パイプの断面積である］に設定されている場合に、ラジエータが最高に機能することを示している。これは、最後の穴以降のパイプが無限長である場合という条件である。Ｚ0［終端インピーダンス］が形はどうあれρ0ｃ0／Ｓとはかなり異なるように作成された場合には、前記ラジエータがほぼ前方に放射する代わりに、インピーダンスの不連続のために反射波が、後方にも放射する音の原因となりうる。（「反対への」放射の量は、Ｚ0がρ0ｃ0／Ｓからどれだけ異なっているかに依存する）』（５４３頁）。
【０００４】
『パイプの終端の２つの単純な形状、すなわち、開および閉の双方はρ0ｃ0／Ｓとは非常に異なったインピーダンスを有しており、それゆえこのシステムに不適当である。・・・［閉終端ラジエータによる改善された結果］が、一方端が点で他方端が前記パイプの直径の２倍である連続気泡プラスチックのウェッジを挿入することにより達成された。完全なウェッジが、単に前記パイプの端に挿入された。』（５４３頁）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】HollandおよびFahy, 「A Low-Cost End-Fire Acoustic Radiator」, J. Audio Engineering Soc. Vol. 39, No. 7/8, 1991 July/August
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
『ライフルマイクの良い例は、説明した穴のシステムよりもより広い周波数の範囲にわたりより均一な結果をもたらす。これは、穴または時にはスロットを流れ抵抗（flow-resistive）物質により塞ぐことにより成し遂げられる。この効果は、前記穴の粘性流れ抵抗のための［論文のどこかで］説明されていることと同様であり、前記システムが低い周波数においてもよりよく機能することを可能とする。この処理形態に伴う問題は、システムの感度がより高い周波数においては、劣っているということである。』（５５０頁）。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一形態において、音響装置は、前記パイプ内に音響エネルギーを放射するようにパイプと音響的に結合されている音響ドライバを具備している。前記パイプは、少なくとも前記パイプの長さの一部に沿った細長い開口部を備えており、前記開口部を通って音響エネルギーが周囲に放射される。前記放射は、体積速度を特徴とする。前記パイプおよび前記開口部は、体積速度が前記パイプの長さに沿ってほぼ一定であるように構成されている。前記パイプは、前記パイプに沿った圧力がほぼ一定であるように構成してもよい。前記断面積は、前記音響ドライバからの距離とともに減少しうる。前記デバイスは、前記開口部において音響的な抵抗物質をさらに備えている。前記音響的な抵抗物質の抵抗は、前記パイプの長さによって異なりうる。前記音響的な抵抗物質は、金網（wire mesh）であってもよい。前記音響的な抵抗物質は、焼結プラスチックであってもよい。前記音響的な抵抗物質は、布であってもよい。前記パイプおよび前記開口部は、前記音響エネルギーが前記パイプの終端に到達する前に、前記音響ドライバにより放射されるほぼすべての音響エネルギーが前記開口部を通って放射されるように構成されるとともに特定の寸法に合わせられ、また抵抗物質の抵抗が選択される。前記開口部の幅は、前記パイプの長さに沿って異なりうる。前記開口部は、楕円形状であってよい。前記パイプの断面積は、前記パイプの長さに沿って異なってもよい。前記開口部は、前記パイプがノンゼロにおいて、前記音響ドライバの軸に対し垂直でない角度で交差する平面に位置している。前記パイプは、少なくとも屈曲または湾曲している。前記開口部は、その長さに沿って少なくとも屈曲または湾曲している。前記開口部は、少なくとも屈曲または湾曲している面にあってよい。前記開口部は、前記音響ドライバの軸が、ノンゼロにおいて、前記音響ドライバに対して垂直でない角度で交差する平面に位置している。前記開口部は、ノンゼロにおいて、前記軸に対し垂直でない角度で前記パイプをカットすることにより形成された開口部に一致しうる。前記パイプおよび前記開口部は、前記音響エネルギーが前記パイプの終端に到達する前に、前記音響ドライバにより放射されるほぼすべての前記音響エネルギーが前記開口部を通って放射されるように構成されるとともに特定の寸法に合わせられている。前記音響ドライバは、前記パイプと音響的に結合されている第１放射表面を備え、また前記音響ドライバは、音響エネルギーを周囲に放射するための音響デバイスと結合されている第２放射表面を備えている。前記音響デバイスは、すくなくとも第２パイプの長さの一部に沿った細長い開口部を備えており、それを通って音響エネルギーが周囲に放射される第２パイプであってよい。前記放射は、体積速度により特徴付けられている。前記パイプおよび前記開口部は、前記体積速度が、前記パイプの長さに沿ってほぼ一定であるように構成されても良い。前記音響デバイスは、音響筐体からの高周波数放射を減少するような構造（structure）を含んでも良い。前記高周波数放射を減少させる構造は、制振材を備えているかもしれない。前記高周波数放射を減少させる構造は、ローパスフィルタとして動作するように構成されているポート（port）を含んでも良い。
【０００８】
他の形態において、ラウドスピーカデバイスを動作させる方法は、音響エネルギーをパイプ内へ放射するステップと、前記パイプから、前記パイプの細長い開口部を通って、ほぼ一定の体積速度において前記音響エネルギーを放射するステップと、を具備している。前記パイプから前記音響エネルギーを放射するステップは、前記開口部に沿った圧力がほぼ一定となるように前記音響エネルギーを放射するステップを含んでいる。前記方法は、前記パイプから音響的な抵抗物質を介して前記開口部を通って、前記音響エネルギーを放射するステップをさらに含んでも良い。前記音響的な抵抗物質は、前記パイプの長さに沿って抵抗が異なりうる。前記方法は、前記パイプから金網を通って前記音響エネルギーを放射するステップを含んでもよい。前記方法は、前記パイプから焼結プラスチックシートを通って前記音響エネルギーを放射するステップを含んでもよい。前記方法は、前記パイプから前記パイプの長さに沿って幅が変化する開口部を通って前記音響エネルギーを放射するステップを含んでもよい。前記方法は、前記パイプから楕円形の開口部を通って前記音響エネルギーを放射するステップを含んでもよい。前記方法は、音響エネルギーを前記パイプの長さに沿って断面積が異なるパイプ内に放射するステップを含んでもよい。前記方法は、音響エネルギーを少なくとも屈曲または湾曲しているパイプ内に放射するステップを含んでも良い。前記方法は、前記パイプからその長さに沿って少なくとも屈曲または湾曲している開口部を通って音響エネルギーを放射するステップをさらに含んでもよい。前記方法は、音響エネルギーを前記パイプから少なくとも屈曲または湾曲している前記パイプの面にある開口部を通って放射するステップをさらに含んでもよい。前記方法は、前記音響ドライバの軸がノンゼロにおいて、垂直でない角度で交差する平面に位置する開口部を通って前記パイプから音響エネルギーを放射するステップをさらに含んでもよい。前記方法は、ノンゼロにおいて前記軸に対し垂直でない角度で前記パイプをカットすることにより形成された開口部と一致する開口部を通って前記パイプから音響エネルギーを放射するステップをさらに含んでもよい。前記方法は、前記音響エネルギーが前記パイプの終端に到達する前に、前記パイプからほぼすべてのエネルギーを放射するステップをさらに含んでもよい。
【０００９】
他の形態において、音響装置は、音響エネルギーをパイプ内に放射するように該パイプと音響的に結合されている音響ドライバを具備している。前記パイプは、少なくとも前記パイプの長さの一部に沿った細長い開口部を備えており、該開口部を通って音響エネルギーが周囲に放射される。前記開口部は、前記音響ドライバの軸がノンゼロにおいて、前記音響ドライバの軸に対して垂直でない角度で交差している平面に位置している。前記装置は、前記開口部において音響的な抵抗物質をさらに備えていてもよい。
【００１０】
他の形態において、音響装置は、前記パイプ内に音響エネルギーを放射するようにパイプと音響的に結合されている音響ドライバと、前記パイプから周囲へ放射されるすべての音響エネルギーが抵抗性のある開口部を通って前記パイプから出るような、前記パイプのすべての開口部における音響的な抵抗物質と、を具備している。
【００１１】
他の特徴、目的、および利点は、以下の図面とともに以下の発明を実施するための形態を読むことにより明確となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来型の縦型音響パイプラジエータである。
【図２Ａ】極座標プロットである。
【図２Ｂ】極座標プロットである。
【図３】従来技術の論文により提案されている指向性ラウドスピーカアセンブリである。
【図４Ａ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図４Ｂ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図４Ｃ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図４Ｄ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図４Ｅ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図５Ａ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図５Ｂ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図５Ｃ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図５Ｄ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図５Ｅ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図５Ｆ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図５Ｇ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図６Ａ】指向性ラウドスピーカアセンブリのためのパイプの等角図である。
【図６Ｂ】指向性ラウドスピーカアセンブリのためのパイプの等角図である。
【図６Ｃ】指向性ラウドスピーカアセンブリのためのパイプの等角図である。
【図６Ｄ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図６Ｅ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図６Ｆ】指向性ラウドスピーカアセンブリのためのパイプの等角図である。
【図６Ｇ】指向性ラウドスピーカアセンブリのためのパイプの等角図である。
【図７Ａ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図７Ｂ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図８Ａ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図８Ｂ】指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【図９】音波の進行方向および指向性ラウドスピーカの指向性を図示している指向性ラウドスピーカアセンブリの線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面の簡単な説明の要素は、ブロック図において別々の要素として示されるとともに説明され、また「回路」としてみなされうるが、他に指定がない限り、前記要素は、アナログ回路、デジタル回路、またはソフトウェア命令を実行する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、の１つまたはそれらの組み合わせとして実装されてよい。前記ソフトウェア命令は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）命令を含んでいても良い。他に指定がない限り、信号線は、別々のアナログまたはデジタル信号線、別々のオーディオ信号のストリームを処理するために適切に処理されるシングルディスクリートデジタル信号線、または無線通信システムの要素として実装されている。いくつかの処理演算は、係数の計算およびアプリケーションに関して示されうる。係数の計算及び適用の均等は、他のアナログまたはデジタル信号処理技術により実施され、またそれらは本発明の範囲に含まれている。他に指定がない限り、オーディオ信号またはビデオ信号、またはその双方ともが、符号化されており、デジタルまたはアナログ形態のいずれかで転送されうる。通常のデジタル／アナログコンバータまたはアナログ／デジタルコンバータは、図示していない。言い回しの単純化のために「チャネルｘにおいて前記オーディオ信号に対応する音響エネルギーを放射する」は、「チャネルｘの放射」と称される。前記音響ドライバの軸は、前記音響ドライバの振動方向の線である。
【００１４】
本明細書において、「指向性ラウドスピーカ」および「指向性ラウドスピーカアセンブリ」は、放射表面の直径に対して大きい（例えば２ｘ）波長の音響エネルギーを特定の方向へその他の方向よりも多く放射するラウドスピーカを意味している。指向性ラウドスピーカの放射パターンは、通常、極座標プロット（または、頻繁に、周波数の極座標プロットのセット）において表示される。図２Ａおよび２Ｂは、極座標プロットの例示である。方向特性は、最大放射方向と指向性度（degree of directionality）を単位として説明されうる。図２Ａおよび２Ｂの例示においては、最大放射方向は、矢印１０２により示されている。指向性度は、最大放射方向における放射の振幅から−６ｄＢまたは−１０ｄＢなどといった量の範囲内である放射の振幅での相対的な角度の大きさに関してしばしば説明される。例えば、図２Ａの角度φAは、図２Ｂの角度φBより大きく、したがって図２Ａの極座標プロットは、指向性ラウドスピーカが、図２Ｂの極座標プロットにより記載されている指向性ラウドスピーカよりも指向性に劣るということを示しており、また図２Ｂの極座標プロットは、指向性ラウドスピーカが、図２Ａの極座標プロットにより記載されている指向性ラウドスピーカよりもより指向性があることを示している。加えて、ラウドスピーカの指向性は、周波数によって異なる傾向がある。例えば、図２Ａおよび２Ｂの極座標プロットが異なる周波数における同じラウドスピーカの極座標プロットを示している場合には、前記ラウドスピーカは、図２Ｂの周波数においては、図２Ａの周波数によりも指向性があることを示している。
【００１５】
図３を参照すると、指向性ラウドスピーカアセンブリ１０は、HollandとFahyによる論文の６．４節におけるさらなる研究のための可能性において提唱されているように、パイプにおいて縦方向に伸張しているスロットまたは長手方向の開口部１８を有するパイプ１６を備えている。音響エネルギーは、音響ドライバにより前記パイプ内に放射され、前記パイプの長さに沿って進みながら音響的な抵抗物質２０を通って前記パイプから出る。前記パイプの断面積が一定であるため、圧力は、前記音響ドライバからの距離とともに減少する。前記圧力の減少は、スクリーンを通る体積速度υが前記パイプに沿って前記音響ドライバから離れるとともに低下することになる。前記体積速度の低下は、前記ラウドスピーカシステムの方向特性に望ましくない変化をもたらす。
【００１６】
前記パイプが反射壁により終端されていることにより、または前記パイプの内部と自由大気（free air）間のインピーダンス不整合により、前記パイプの終端１９においてインピーダンス不整合がある。前記パイプの終端における前記インピーダンス不整合は、反射をもたらし、したがって、前記パイプにおいて定常波を形成する。前記定常波は、導波路システムの不規則な周波数応答および望ましくない放射パターンの原因となりうる。前記定常波は、前記パイプにおける発泡ウェッジ１３により減衰されうる。前記ウェッジが音響エネルギーを吸収するため、反射も、周囲への放射もされない。
【００１７】
図４Ａ−４Ｅは、指向性ラウドスピーカアセンブリ１０を示している。音響ドライバ１４は、円形（または他の閉断面）パイプ１６と音響的に結合されている。説明のために、前記パイプから見ての外側の前記音響ドライバ１４の側面がさらされている。引き続く図面の実際の実装において、前記パイプから見ての外側の前記音響ドライバ１４の側面は、前記音響ドライバがパイプ１６内にのみ放射できるように囲まれている。前記パイプと、ノンゼロにおいて、前記音響ドライバの軸３０に対して垂直でない角度Θにより方向付けられた平面との交差により記載されている前記パイプにおける長手方向の開口部１８がある。実際の実装においては、前記開口部は、角度において前記パイプを平らな鋸刃でカットすることにより形成してもよい。前記長手方向の開口部１８には、音響的な抵抗物質２０が配置されている。図４Ｄおよび図４Ｅにおいて、前記平面と前記パイプの交点に平面の壁（planar wall）があり、前記平面の壁には長手方向の開口部１８がある。前記長手方向の開口部１８は、音響的な抵抗物質２０で覆われている。
【００１８】
動作において、前記長手方向の開口部１８と前記音響的な抵抗物質２０との組み合わせは、短い距離で離れている多くの音響源の機能を果たし、前記長手方向の開口部１８の平面に対して角度Φの矢印２４により示されている高い放射方向の指向性のパターンを生成する。前記角度Φは、実験的にまたはモデル化により決定してもよく、以下で説明される。
【００１９】
図３の導波管アセンブリにおいて、音響エネルギーは、前記音響ドライバにより前記パイプ内に放射され、前記パイプの長さに沿って進行しながら前記音響的な抵抗物質２０を通って前記パイプから放射される。しかし、前記パイプの断面積が減少することから、圧力は、図３の指向性ラウドスピーカよりも前記パイプの長さに沿って一定である。前記一定の圧力は、前記パイプに沿うとともにスクリーンを通ってより均一の体積速度をもたらし、それゆえ、より予測可能な方向特性をもたらす。前記パイプの長さに沿ってさらにより一定の圧力を提供するために、前記スロットの幅は、図４Ｅにおけるように異なっていてもよく、これにより、前記パイプの長さに沿ってさらにより均一の体積速度をもたらす。
【００２０】
前記パイプ内に放射される前記音響エネルギーは、前記パイプの終端１９において前記パイプにおける音響エネルギーがほとんど無いように、前記音響的な抵抗物質を通って前記パイプから出る。加えて、前記パイプの終端において反射面がない。この状態の結果、形成されうる定常波の振幅は、小さくなる。定常波のより低い振幅の結果、前記ラウドスピーカシステムの周波数応答は、定常波をサポートするラウドスピーカシステムの周波数応答よりもレギュラーである。加えて、前記定常波は、放射の指向性に影響を及ぼすので、指向性の制御が改善される。
【００２１】
より低い振幅の定常波によりもたらされる１つの結果は、形状、特に前記パイプの長さが、定常波をサポートするラウドスピーカシステムにおけるよりも拘束されないことである。例えば、前記音響ドライバ１４から前記スロット１８の先頭までのパイプ接合部の長さ３４は、都合の良い長さであってよい。
【００２２】
一実施形態において、前記パイプ１６は、公称直径２．５４ｃｍ（１inch）のｐｖｃパイプである。前記音響ドライバは、通常の２．５４ｃｍ（１inch）のドームツイーターである。角度Θは、およそ１０度である。前記音響的な抵抗物質２０は、オランダ綾織物の金網（wire mesh Dutch twill weave）６５ｘ５５２ threads per ｃｍ（１６５ｘ１４００ threads per inch）である。他の適した材料は、織物および不織布、フェルト、紙、および焼結プラスチックシート、例えばＵＲＬがwww.porex.comであるＰｏｒｅｘ株式会社から入手できるＰｏｒｅｘ（登録商標）多孔性プラスチックシートを含む。
【００２３】
図５Ａ−５Ｅは、前記パイプ１６が矩形断面を有していることを除き、図４Ａ−４Ｅの前記ラウドスピーカアセンブリと同様の他のラウドスピーカアセンブリを示している。図５Ａ−５Ｅの実装において、前記スロット１８は、導波管と、ノンゼロにおける前記音響ドライバの軸３０に対して垂直でない角度Θの平面との交差に位置している。図５Ａおよび図５Ｃの実装において、前記長手方向の開口部は、平面と前記パイプとの交差全体である。図５Ｄの実装において、前記長手方向の開口部は、前記パイプの上端の一部が、交差している平面内に位置するように、平面と前記パイプとの交差の一部である細長い長方形である。図５Ｅの実装において、前記長手方向の開口部は、長方形でなく、この場合には、前記長手方向の開口部の幅が前記音響ドライバからの距離とともに増加するように、細長い台形である。
【００２４】
前記音響ドライバにより放射される音響エネルギーは、前記パイプの長さに沿って進行しながら前記音響的な抵抗物質２０を通って前記パイプから放射される。しかし、前記パイプの断面積が減少するために、圧力は、図３の指向性ラウドスピーカよりも前記パイプの長さに沿って一定である。前記パイプの断面積が異なっていることは、前記パイプの長さに沿ってより一定の圧力を成し遂げる一つの方法であり、それが前記パイプに沿ってより均一の体積速度をもたらし、したがって、より予測可能な方向特性をもたらす。
【００２５】
前記パイプに沿った圧力を制御することに加えて、前記パイプに沿った体積速度を制御する他の方法は、前記パイプに沿った点において前記パイプから出るエネルギー量を制御することである。パイプに沿った点において前記パイプから出る前記エネルギー量を制御する方法は、前記スロット１８の幅を変化するステップと、音響的な抵抗物質２０に、変化する抵抗を有する材料を使用するステップと、を含んでいる。変化する音響抵抗を有する材料の例としては、開口部のサイズが可変な金網または、多孔率または厚みが可変な焼結プラスチックシートである。
【００２６】
図５Ｆおよび図５Ｇの前記ラウド前記ラウドスピーカアセンブリは、前記音響的な抵抗物質２０を有する前記スロット１８が前記音響ドライバの軸３０と平行な壁内にあることを除き、図５Ａ−５Ｅの前記ラウドスピーカアセンブリと同様である。前記パイプの壁３２のような壁は、前記パイプの断面積が前記音響ドライバから離れる方向において減少するように、前記音響ドライバの軸３０と並行ではない。図５Ｆおよび図５Ｇの前記ラウドスピーカアセンブリは、図５Ａ−５Ｅの前記ラウドスピーカアセンブリと同様の方法で動作する。
【００２７】
図３Ａ−５Ｇにおける指向性ラウドスピーカの特徴の１つは、より高い周波数において（それは、前記スロットの長さ１８よりもさらに短い波長に対応する周波数である）指向性がより強まることである。一部の状態では、前記指向性ラウドスピーカは、より高い周波数において所望するよりも指向性が強まりうる。図６Ａ−６Ｃは、より高い周波数において上述した指向性ラウドスピーカよりも指向性の弱い指向性ラウドスピーカのためのパイプ１６の等角図を示している。図６Ａ−６Ｇにおいて、参照符号は、他の図面における同様の参照番号の要素と対応する要素を識別する。図６Ａ−６Ｃおよび図６Ｆ−６Ｇのパイプを使用しているラウドスピーカは、圧縮ドライバ（compression driver）を使用してもよい。位相プラグなどといった圧縮ドライバ構造においてよく見られるいくつかの要素があってもよいが、この図面においては示していない。図６Ａ−６Ｃの前記パイプにおいて、前記スロット１８は、屈曲している。図６Ａのパイプにおける、前記パイプの面５６のセクション５２は、前記スロットが屈曲するように、前記パイプの同じ面における他のセクション５４に対して面５６における前記スロット１８とともに曲げられている。高い周波数において、指向性の方向は、前記スロット１８とほぼ平行な方向である。スロット１８が屈曲しているため、図６Ａに従うパイプの指向性ラウドスピーカは、高い周波数において、真直ぐなスロットの指向性ラウドスピーカよりも指向性が弱い。これとは別に、屈曲スロットは、前記パイプのほぼ平らな面５８にあってもよい。図６Ｂの実装において、前記スロットは、２つのセクション１８Ａと１８Ｂを備えている。図６Ｃの実装において、前記スロットは、１つのセクションは面５６に、他方のセクションは面５８にある２つのセクションを備えている。
【００２８】
屈曲パイプの代わりとしては、湾曲パイプがある。前記スロットの長さおよび前記パイプの曲率度は、指向性度が前記ラウドスピーカデバイスの動作レンジにわたってほぼ一定であるように制御してもよい。図６Ｄおよび図６Ｅは、２つの湾曲した面６０と６２、および２つの平らな面６４と６６を有しているパイプにおけるラウドスピーカアセンブリの平面図を示している。前記湾曲は、平らな表面にスロットを配置し、図６Ｄにおいて示されているように、前記スロットを湾曲した面のカーブに大まかに従うように曲げることで形成されうる。これとは別に、前記湾曲は、図６Ｅのように前記スロットが、前記湾曲した面と同じ方法において湾曲するように、湾曲した面に前記スロットを配置することで形成してもよい。最大放射方向は、矢印により示されているように連続的に変化する。ラウドスピーカアセンブリ１０が高い周波数において所望する指向性度を有するように、高い周波数における指向性パターンは、重なりあった矢印５０により示されているように真っすぐなパイプとよりも指向性が弱い。低い周波数においては、前記スロット１８の投影された長さに相当するかまたはそれよりも長い波長に対応する周波数において、指向性度は、前記スロットの長さ１８により制御される。一般に、より長いスロットの使用は、低い周波数において、より強い指向性をもたらし、そして、より短いスロットの使用は、低い周波数において、より弱い指向性をもたらす。図６Ｆおよび６Ｇは、２つの湾曲した面（１つの湾曲した面６０が示されている）と２つの平らな面（１つの平らな面６４が示されている）を有するパイプの等角図である。示されているように、スロット１８は、湾曲されている。前記湾曲は、平らな表面６４に前記スロットを配置し、前記スロットを湾曲した面のカーブに大まかに従うように曲げることで形成してもよい。それとは別に、前記スロット１６は、湾曲した表面６０に配置してもよく、または、図６Ｃの実装と同様に、平らな面における前記スロットのセクションと、湾曲した表面における前記スロットのセクションのように、前記スロットは１セクション以上を有してもよい。
【００２９】
断面積、スロットの幅、パイプの屈曲または湾曲、および所望される放射パターンを成し遂げるための抵抗物質の抵抗、を変えることは、まず、前記ラウドスピーカアセンブリの動作の周波数レンジを決定することにより最も簡単になされる（一般に、さらなる制御が、より動作の狭い周波数レンジにおいて可能である）。その後、所望する指向性のレンジを決定する（一般に指向性の狭いレンジは、動作のより狭いレンジにおいて成し遂げられうる）。そして、音波の伝播をシミュレートする有限要素モデリングを使用して、所望の結果を生じさせるためのパラメタをモデル化する。
【００３０】
図７Ａおよび図７Ｂは、図５Ｆおよび図５Ｇの前記ラウドスピーカアセンブリの他の実装を示している。ラウドスピーカシステム４６は、周囲に音響エネルギーを放射するための、第１ラウドスピーカアセンブリ１０Ａなどの第１音響デバイスと、周囲に音響エネルギーを放射するための、第２ラウドスピーカアセンブリ１０Ｂなどの第２音響デバイスと、を具備している。前記第１ラウドスピーカサブアセンブリ１０Ａは、図５Ｆおよび図５Ｇの前記ラウドスピーカアセンブリの要素を具備しており、図５Ｆおよび図５Ｇの前記ラウドスピーカアセンブリと同様の方法で動作する。パイプ１６Ａ、スロット１８Ａ、指向性矢印２５Ａ、および音響ドライバ１４は、パイプ１６、スロット１８、指向性矢印２５、および図５Ｆおよび図５Ｇの音響ドライバ１４に対応している。１つの表面３６がパイプ１６Ａ内に放射するように、また第２表面３８がスロット１８Ｂを備えたパイプ１６Ｂを含んでいる第２ラウドスピーカサブアセンブリ１０Ｂ内に放射するように、前記音響ドライバ１４は取り付けられている。第２ラウドスピーカサブアセンブリ１０Ｂは、図５Ｆおよび図５Ｇの前記ラウドスピーカアセンブリの要素を具備しており、図５Ｆおよび図５Ｇの前記ラウドスピーカアセンブリと同様の方法により動作する。第１ラウドスピーカサブアセンブリ１０Ａは、矢印２５Ａにより示されている方向への指向性を有し、第２ラウドスピーカサブアセンブリ１０Ｂは、矢印２５Ｂにより示されている方向への指向性を有している。スロット１８Ａおよび１８Ｂは、バッフル４０により分けられている。矢印２５Ａの近傍にある「＋」と、矢印２５Ｂの近傍にある「−」により示されているように、第１サブアセンブリ１０Ａからの放射は、第２アセンブリ１０Ｂからの放射と逆位相である（out of phase）。図７Ａおよび図７Ｂの前記ラウドスピーカアセンブリからの放射が一つの軸、この例ではＸ軸、に沿う方向となるように、第１サブアセンブリ１０Ａと第２サブアセンブリ１０Ｂからの放射は、逆位相であるため、放射は、Ｙ軸およびＺ方向において破壊的に（destructively）組み合わされる傾向にある。前記ラウドスピーカアセンブリ４６は、壁４８に取り付けられ、該壁の平面とほぼ平行な水平方向の指向性である放射パターンを有するように作られうる。そのようなデバイスは、他方向よりもある方向に非常に長い会場においてとても有利である。駅のプラットフォームや地下鉄の駅がその例である。適切な状況において、前記ラウドスピーカは、垂直方向の指向性となるように取り付けられてもよい。
【００３１】
図８Ａ−８Ｂは、他のラウドスピーカアセンブリを示している。図８Ａ−８Ｂの実装は、図７Ａ−７Ｂのサブアセンブリ１０Ａと同様の第１音響デバイス１０Ａを具備している。図８Ａ−８Ｂは、前記音響ドライバ１４の第２表面３８と周囲を結合している第２音響デバイス６４Ａ，６４Ｂもまた具備している。第２デバイス６４Ａ，６４Ｂは、高周波数音響エネルギーよりも低周波数音響エネルギーが放射されるように構成されている。図８Ａにおいて、第２デバイス６４Ａは、ローパスフィルタインジケータ６７により示されているようにローパスフィルタとして動作するように構成されているポート６６を備えている。図８Ｂにおいて、第２デバイス６４Ｂは、低周波数音響エネルギーのダンプ（damp）よりも高周波数音響エネルギーをダンプする制振材６８を含んでいる。図８Ａおよび図８Ｂのデバイスは、図７Ａおよび図７Ｂのデバイスと同様に動作する。しかし、図８Ａおよび図８Ｂの第２デバイス６４Ａおよび６４Ｂは、それぞれ高周波数放射エネルギーよりも低周波数放射エネルギーを放射するため、高い周波数においてよりも低い周波数おいて、逆位相破壊的結合（out-of-phase destructive combining）が発生する。したがって、図８Ａおよび図８Ｂのデバイスの改善された指向性効果は、低い周波数において生じる。しかし、上述したように、前記スロットの長さ１８よりもさらに短い波長に対応する、より高い周波数において、第１サブアセンブリは、第２デバイス６４Ａおよび６４Ｂからの放射の相殺なしに指向性となる。したがって、高い周波数において所望されるよりも指向性が強くなることなしに、所望される指向性度は、より広い周波数レンジにわたって保たれる。
【００３２】
図９は、指向性の方向についてさらに詳細に示している。図９は、図４Ａ−４Ｅのラウドスピーカデバイスと同様のラウドスピーカデバイス１０を示している。一般に、矢印７１により示されているように、前記ラウドスピーカは、スロットと並行である波の進行方向と平行の方向に通常指向性がある。波面７２Ａおよび矢印７４Ａにより示されているように、前記パイプ１６の中の、前記音響ドライバ１４の近くで、波はほぼ平面であり、進行方向は前記平面の波の面にほぼ垂直である。波面がスクリーン１８に到達すると、スクリーン１８の抵抗は、前記波を遅くするため、矢印７４Ｂにより示されている方向に波面７２Ｂにより示されているように波は「傾く」。前記傾きの量は、図９においては、非常に誇張されている。加えて、前記波は、波面７２Ｃおよび７２Ｄにより示されているように次第に非平面状になる。非平面は前記波の進行方向において矢印７４Ｃおよび７４Ｄにより示されている方向にさらなる「傾き」をもたらす。指向性の方向は、矢印７１により示されている方向と矢印７４Ｂ，７４Ｃ，および７４Ｄにより示されている傾きの和である。したがって、矢印９３により示されている指向性の方向は、前記スロット１８の平面と平行な方向７１に対して角度Φである。前記角度Φは、有限要素モデリングおよび実験的な確認により決定してもよい。前記角度Φは、周波数により変化する。
【００３３】
他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１０      指向性ラウドスピーカアセンブリ
１３      発泡ウェッジ
１４      音響ドライバ
１６      パイプ
１８      開口部
１９      パイプの終端
２０      音響的な抵抗物質
３０      音響ドライバの軸
【図１】
2011520354.tif 000003
【図２Ａ】
2011520354.tif 000004
【図２Ｂ】
2011520354.tif 000005
【図３】
2011520354.tif 000006
【図４Ａ】
2011520354.tif 000007
【図４Ｂ】
2011520354.tif 000008
【図４Ｃ】
2011520354.tif 000009
【図４Ｄ】
2011520354.tif 000010
【図４Ｅ】
2011520354.tif 000011
【図５Ａ】
2011520354.tif 000012
【図５Ｂ】
2011520354.tif 000013
【図５Ｃ】
2011520354.tif 000014
【図５Ｄ】
2011520354.tif 000015
【図５Ｅ】
2011520354.tif 000016
【図５Ｆ】
2011520354.tif 000017
【図５Ｇ】
2011520354.tif 000018
【図６Ａ】
2011520354.tif 000019
【図６Ｂ】
2011520354.tif 000020
【図６Ｃ】
2011520354.tif 000021
【図６Ｄ】
2011520354.tif 000022
【図６Ｅ】
2011520354.tif 000023
【図６Ｆ】
2011520354.tif 000024
【図６Ｇ】
2011520354.tif 000025
【図７Ａ】
2011520354.tif 000026
【図７Ｂ】
2011520354.tif 000027
【図８Ａ】
2011520354.tif 000028
【図８Ｂ】
2011520354.tif 000029
【図９】
2011520354.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月27日(2010.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響装置であって、
パイプ内に音響エネルギーを放射するように該パイプと音響的に結合されている音響ドライバを具備し、
前記パイプは、抵抗性スクリーンにより覆われている少なくとも前記パイプの長さの一部に沿った細長い開口部を備え、
前記抵抗性スクリーンを通って音響エネルギーが周囲に放射され、
前記放射は、体積速度によって特徴付けられており、
前記パイプおよび開口部は、体積速度が抵抗性スクリーンを通って前記パイプの長さに沿ってほぼ一定であるように構成されていることを特徴とする音響装置。
【請求項２】
前記パイプは、前記パイプに沿った圧力がほぼ一定であるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項３】
前記開口部において音響的な抵抗物質をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項４】
前記音響的な抵抗物質の抵抗は、前記パイプの長さに沿って異なることを特徴とする請求項３に記載の音響装置。
【請求項５】
前記開口部の幅は、前記パイプの長さに沿って異なることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項６】
前記開口部は、楕円形であることを特徴とする請求項５に記載の音響装置。
【請求項７】
前記パイプの断面積は、前記パイプの長さに沿って異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響装置。
【請求項８】
前記パイプは、少なくとも屈曲または湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項９】
前記開口部は、その長さに沿って少なくとも屈曲または湾曲していることを特徴とする請求項８に記載の音響装置。
【請求項１０】
前記開口部は、少なくとも屈曲または湾曲している面にあることを特徴とする請求項８に記載の音響装置。
【請求項１１】
前記開口部は、前記音響ドライバの軸が、ノンゼロにおいて、前記音響ドライバの軸に対して垂直でない角度で交差する平面内に位置することを特徴とする請求項１または請求項７に記載の音響装置。
【請求項１２】
前記開口部は、ノンゼロにおいて、前記軸に対して垂直でない角度で、前記パイプをカットすることにより成形された開口部に一致することを特徴とする請求項１１に記載の音響装置。
【請求項１３】
前記パイプおよび前記開口部は、前記音響エネルギーが前記パイプの終端に到達する前に、前記音響ドライバにより放射されるほぼすべての前記音響エネルギーが前記開口部を通って放射されるように、構成されるとともに特定の寸法に合わせられていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の音響装置。
【請求項１４】
ラウドスピーカデバイスを動作させる方法であって、
音響エネルギーをパイプ内へ放射するステップと、
前記パイプから、前記パイプの細長い開口部を通って、ほぼ一定の体積速度において前記音響エネルギーを放射するステップと、
を具備することを特徴とするラウドスピーカデバイスを動作させる方法。
【請求項１５】
パイプの長さに沿って断面積が異なるパイプ内に音響エネルギーを放射するステップをさらに具備していることを特徴とする請求項１４に記載のラウドスピーカデバイスを動作させる方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2011520354.tif 000031
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ｂ】
2011520354.tif 000032
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ｃ】
2011520354.tif 000033
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ｅ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ｅ】
2011520354.tif 000034
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ｅ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５Ｅ】
2011520354.tif 000035
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ｆ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５Ｆ】
2011520354.tif 000036
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ｇ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５Ｇ】
2011520354.tif 000037
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６Ｅ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６Ｅ】
2011520354.tif 000038
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６Ｇ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６Ｇ】
2011520354.tif 000039
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８Ｂ】
2011520354.tif 000040
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2011520354.tif 000041
【国際調査報告】
2011520354.tif 000042
2011520354.tif 000043
2011520354.tif 000044