(57)【要約】  オーディオトランスデューサ安定化のためのシステム及び方法は、３つ以上のオーディオトランスデューサから受けた複数の力入力に応答した、オーディオ音波の伝送のための音生成パネルを設けることと、音生成パネルに結合するための装着フレームであって、オーディオトランスデューサを受け入れるための３つ以上の予め定義された位置を有する、装着フレームを設けることと、３つ以上のオーディオトランスデューサを、オーディオトランスデューサが入力駆動信号を用いて駆動されたときに、複数の力モーメントを低減させるように最適化される、予め定義された位置に配置することと、装着フレーム上の予め定義された位置に配置されたオーディオトランスデューサの各々上のカプラリングを、音生成パネルの外面に接続することと、オーディオ増幅器からの入力駆動信号を用いて、オーディオトランスデューサの各々を駆動させることとを含む。
2018506909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオトランスデューサ安定化のための方法であって、
３つ以上のオーディオトランスデューサから受けた複数の力入力に応答した、オーディオ音波の伝送のための音生成パネルを設けることと、
前記音生成パネルに結合するための装着フレームであって、オーディオトランスデューサを受け入れるための３つ以上の予め定義された位置を有する、装着フレームを設けることと、
前記３つ以上のオーディオトランスデューサを、前記オーディオトランスデューサが入力駆動信号を用いて駆動されたときに、複数の力モーメントを低減させるように最適化される、前記予め定義された位置に配置することと、
前記装着フレーム上の前記予め定義された位置に配置された前記オーディオトランスデューサの各々上のカプラリングを、前記音生成パネルの外面に接続することと、
オーディオ増幅器からの前記入力駆動信号を用いて、前記オーディオトランスデューサの各々を駆動させることと、を含む、方法。
【請求項２】
前記オーディオトランスデューサを、前記予め定義された位置に配置することが、前記オーディオトランスデューサを、前記音生成パネルの中心点に対して非対称の配置配列に配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の力モーメントの合計が、前記オーディオトランスデューサの前記非対称の配置配列での配置の結果、略０まで低減される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記入力駆動信号が、少なくとも１００Ｗｒｍｓの入力電力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記３つ以上のオーディオトランスデューサの各々に、磁極片と、前板と、巻型とが含まれ、前記巻型が、その上に接続されたボイスコイルを有し、前記磁極片及び前記前板が、前記ボイスコイルが中に配置される円形の空隙を画定する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記音生成パネルが、２０ヘルツ〜３０キロヘルツの周波数範囲の音波を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記音生成パネルが、幅５７７ミリメートル、高さ４００ミリメートル、及び厚さ３．８ミリメートルである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記音生成パネルが、拡声システムの一部として設けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
分布振動モード型ラウドスピーカの機械的な安定化のためのシステムであって、
第１の表皮層及び第２の表皮層を有する前記分布振動モード型ラウドスピーカのための音生成パネルであって、前記第１の表皮層及び前記第２の表皮層が、オーディオ音波の伝送のための外面を各々有する、音生成パネルと、
前記第２の表皮層の前記外面に結合された少なくとも３つのオーディオトランスデューサであって、前記オーディオトランスデューサが、前記第１の表皮層及び前記第２の表皮層の各外面からの前記オーディオ音波の伝送のための複数の力入力を生成する、オーディオトランスデューサと、
前記オーディオトランスデューサの各々に電気結合されたオーディオ増幅器であって、入力駆動信号を用いて前記オーディオトランスデューサの各々を駆動させるように機能する、オーディオ増幅器と、
前記音生成パネルに結合された装着フレームであって、前記装着フレームが、前記少なくとも３つのオーディオトランスデューサを受け入れるための少なくとも３つの予め定義された位置を有し、前記予め定義された位置が、前記オーディオトランスデューサが前記入力駆動信号を用いて駆動されたときに、前記複数の力入力から生成された複数の力モーメントを低減させるように最適化される、装着フレームと、を備える、システム。
【請求項１０】
前記音生成パネルの幅が、５７７ミリメートルであり、前記音生成パネルの高さが、４００ミリメートルであり、前記音生成パネルの厚さが、３．８ミリメートルである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の表皮層及び前記第２の表皮層の各々の厚さが、０．１ミリメートル〜０．２５ミリメートルである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記音生成パネルが、コア層をさらに含み、前記コア層が、０．１ミリメートル〜１０ミリメートルの厚さを有する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の表皮層及び前記第２の表皮層には、ドープ紙、炭素、及びガラス繊維から本質的になる群からの材料が各々含まれる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも３つのオーディオトランスデューサの各々が、
巻型とボイスコイルとを含むボイスコイルアセンブリであって、前記ボイスコイルが、前記巻型上に接着剤で装着される、ボイスコイルアセンブリと、
前記巻型上に接着剤で装着されるスパイダサスペンション要素と、
リング磁石上に装着される前板と、
磁極片であって、前記磁極片及び前記リング磁石が、背板上に装着され、前記ボイスコイルアセンブリが、前記磁極片と前記前板との間に形成された円形の空隙内に位置付けられて、前記接着剤で装着されたスパイダサスペンション要素によって、前記円形の空隙内の適所に保持される、磁極片と、を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記リング磁石には、ネオジム鉄ホウ素が含まれ、前記リング磁石の磁石タイプが、Ｎ４２−Ｈ及びＮ４０−Ｈのうちの少なくとも１つである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記リング磁石には、Ｎ３０〜Ｎ５０の蓄積エネルギ密度グレードと、−Ｈ、−ＳＨ、及び−ＵＨのうちの少なくとも１つである温度グレードとを有するネオジム鉄ホウ素が含まれる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
前記リング磁石には、Ｎ３０〜Ｎ５０の蓄積エネルギ密度グレードを有するネオジム鉄ホウ素が含まれる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１８】
前記オーディオ音波が、２０ヘルツ〜３０キロヘルツの範囲の伝送周波数を有する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１９】
前記入力駆動信号が、少なくとも１００Ｗｒｍｓの入力電力を有する、請求項９に記載のシステム。
【請求項２０】
前記予め定義された位置が、前記音生成パネルの中心点に対して非対称の配置配列を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記非対称の配置配列の前記オーディオトランスデューサからの前記複数の力入力から生成された前記低減された複数の力モーメントが、前記複数の力モーメントの合計が略０であるときに達成される、請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的にオーディオシステムの分野に関し、特に、しかし非排他的に、分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるトランスデューサの安定化のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のラウドスピーカは、コーン形の空気駆動型機械的要素の使用に長く依拠してきた。そのようなラウドスピーカでは、各コーン形要素は、一端において、電磁駆動手段を使用する可動コイルの使用によってピストンの様な方法で（すなわち、「ピストニックに」）機械駆動される。この駆動手段は、ラウドスピーカのフレームまたはシャーシに固定された磁石アセンブリを含み、これは、強力かつ応答的な駆動動作のために、電磁エネルギを可動コイル及びコーンアセンブリに強力に変換することを保証する。通常は、従来のラウドスピーカのコーンには、軽量なシート材料に加えて、動作周波数範囲にわたって曲げを最小限にする堅固な複合的サンドイッチ構造が用いられてきた。従来のラウドスピーカでは、これらのタイプの設計は一般的には、特に異なるタイプ及びサイズのコーン要素及び関連する駆動ユニットが、ラウドスピーカハウジング内の適切な電気回路とともに、異なる周波数範囲に対して用いられる場合に、優秀な結果を達成してきた。しかしながら、そのような設計は、著しい不利点を有する。まず、それらの質量及び嵩が、相当な物理的限定になりがちである。次に、１つ以上のコーン要素から作り出される音が、特により高周波数において、不可避的に高い指向性を課す軸方向起点に制限されることが多い。
【０００３】
従来のラウドスピーカのこれらの限定に応答して、国際特許出願番号第ＷＯ９７／０９８４２Ａ２号に詳細に記載されたような、全く新しい形態のラウドスピーカが開発され、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられ、これは、より少ない深さとより少ない指向性を有する平らな音響要素及び／またはダイヤフラムに居する。これらのタイプのラウドスピーカは、「分布振動モード型ラウドスピーカ」と称され鵜ようになってきたが、それは、これらがこれらのラウドスピーカで用いられるパネルの機械的共振を活用することに依拠しているためである。機械的共振に依拠して音を生成するこれらの能力に加えて、そのような分布振動モード型ラウドスピーカは、屈曲波に耐えることが可能である材料の使用、及びそれらの屈曲波の作用から音を生成するそれらの能力のために新規である。これらの材料は、パネルの形状で形成され、広範な周波数有効範囲と、パネルサイズに左右されずに、高度に共鳴的な境界相互作用をもたらす出力を著しく拡散させる広範な指向性を備える安定した音分布及びラウドネス能力とを提供するとして示されている。分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるトランスデューサからの駆動力、そのパネルの構造、及び関連する境界条件によって、パネルは、著しくピストニックな振動と著しくモーダルな振動との両方をもって、音エネルギを放射させることが可能になる。通常は、最も低い動作周波数において、パネルの振動は、特性において著しくピストニックである場合があり、周波数が増大するに従って次第によりモーダルになる。
【発明の概要】
【０００４】
分布振動モード型ラウドスピーカは比較的新しいが、本分野の設計者らによって、一定のキー設計原理が既に開発されて、採用されてきた。これらの設計原理が既に理解されているにもかかわらず、特に高出力の分布振動モード型ラウドスピーカに伴って、著しい設計問題が残存している。より高い動作出力では、そのようなラウドスピーカで用いられるトランスデューサは、これらの既存の設計原理に従って設計されており、より低いピストニックな周波数での永続的な揺動運動に頻繁に悩まされる。このことが問題であるのは、高出力でピストニックな動作中に、オーディオトランスデューサの揺動運動が、各トランスデューサに設けられたボイスコイルに物理的な損傷を生じさせる可能性があるためである。通常、分布振動モード型ラウドスピーカは、増大したモーダルな分布及び電力に対処するために、複数のトランスデューサを利用する。これらの共振モードが重要であるのは、各々が、共振モードの「アンチノード」及び「ノード」にそれぞれ対応する、振動によってアクティブなサブエリアと振動によって非アクティブなエリアとの間の範囲にわたる、パネル全体に屈曲波振動作用の特定のコンポーネントを分布させるためである。したがって、分布振動モード型ラウドスピーカが高出力用途で用いられるときに、トランスデューサの物理的な揺動運動によって生じる問題に対すると同時に、その動作周波数範囲全体にわたって性能メリットを損なうことなくピストニックな周波数範囲での動作に対する解決策への、著しくかつ急速に高まっているニーズが存在する。
【０００５】
以下の図面を参照して、非制限的かつ非排他的な実施形態が記載され、特にことわらない限り、各種図面全体を通して、同様の参照番号は、同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカの正面図である。
【図１Ｂ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカの背面図である。
【図１Ｃ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカの背面図である。
【図１Ｄ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカの組み立てのために用いられるパネルの一部の上面図である。
【図１Ｅ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるパネルの断面図である。
【図２Ａ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサコイルカプラリングの上面図である。
【図２Ｂ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるコイルカプラリングの側面図である。
【図３Ａ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるコイルアセンブリの斜視図である。
【図３Ｂ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられる巻型上に装着されたボイスコイルの断面図である。
【図３Ｃ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるコイルアセンブリの側面図である。
【図４】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの斜視図である。
【図５Ａ】分一実施形態における布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの断面図である。
【図５Ｂ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの断面図である。
【図５Ｃ】ラウドスピーカ一実施形態における分布振動モード型で用いられるオーディオトランスデューサの軸対称図である。
【図５Ｄ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの空隙内のコイルアセンブリの部分断面図である。
【図５Ｅ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの断面図である。
【図５Ｆ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの断面斜視図である。
【図５Ｇ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの断面斜視図である。
【図５Ｈ】一実施形態における磁束分布パターンを示す分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの断面図である。
【図６Ａ】一実施形態におけるオーディオトランスデューサ駆動周波数を基準として巻型の変位を図示するグラフである。
【図６Ｂ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの空隙内のコイルアセンブリの軸対称図である。
【図６Ｃ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの巻型上に装着された変位されたボイスコイル軸対称図である。
【図６Ｄ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの、コイルアセンブリの非軸方向の変位形状寸法を図示する。
【図７Ａ】分布振動モード型ラウドスピーカ一実施形態における、対称的に配置されたオーディオトランスデューサを表す図である。
【図７Ｂ】分布振動モード型ラウドスピーカ一実施形態における、パネルに作用する力モーメントの図である。
【図７Ｃ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられる、非対称的に配置されたオーディオトランスデューサ及び相対距離を表す図である。
【図７Ｄ】分布振動モード型ラウドスピーカ一実施形態における、非対称的に配置されたオーディオトランスデューサを表す図である。
【図８Ａ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカのための、パネル上の共振振動モードに対する速さノードの図である。
【図８Ｂ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカのための、パネル上の共振振動モードのための節線の図である。
【図８Ｃ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカの、パネルから距離を置いたところでの音声周波数に対する個々の共振モード及び音圧レベルの図である。
【図８Ｄ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカの、パネルから距離を置いたところでの音声周波数に対する個々の共振モード及び音圧レベルの図である。
【図９Ａ】分布振動モード型ラウドスピーカの一実施形態で用いられる振動周波数を基準としたオーディオトランスデューサ内のコイルアセンブリの軸方向偏移を図示するグラフである。
【図９Ｂ】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの、比較的な非軸方向のコイルアセンブリ変位を図示するグラフである。
【図１０】一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられる装着フレームの等角図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
後に続く記載においては、オーディオトランスデューサ及び分布振動モード型ラウドスピーカの実施形態のさまざまな態様が記載され、特定の構成が述べられる。これらの実施形態の理解を提供するために、非常に多くかつ特定の詳細が提示される。本明細書に開示された態様は、特定の詳細のうち１つ以上なしに、または他の方法、コンポーネント、またはシステムによって実践されることができる。他の場合には、構造または機能は、関連する発明の態様を不明瞭にすることを回避するために詳細には示されていないかまたは記載されていない。
【０００８】
本明細書全体を通して、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」についての言及は、実施形態と関連付けて記載された特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このように、本明細書全体を通したさまざまな場所における文言「一実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態では（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」の登場は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において、任意の好適な方法で組み合わせられてもよい。
【０００９】
図１Ａは、分布振動モードラウドスピーカで用いられるパネルの正面図を図示する。図示されたパネル１００では、パネル１００の外面１０２ａ上に４つの装着ゴムブロック１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄを含む平らな矩形パネルが示される。パネル１００には、その各々が内面及び外面を有する２つの表皮材層と、コア層とが含まれる。パネル１００の第１の表皮材層の外面１０２ａが、本図に図示される。パネル１００は、多様な用途で用いられる異なる形状の分布振動モード型ラウドスピーカ向けに、さまざまなサイズで設計されることができる。いくつかのケースでは、分布振動モード型ラウドスピーカは、コンシューマフレンドリな在宅用途（例えば、さまざまな「スマートな」用途とともに用いるための個人用ホームオーディオスピーカ、車内スピーカ等）のために用いられ、一方で他のケースでは、これらを用いて、大きな空間領域（例えば、ロビー、競技場、スタジアム等）内に音波を伝送する。一実施形態では、パネル１００は、Ａ５サイズにされ（Ａ５は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎによって１９７５年に開発された紙のサイズであり、幅５．８３インチ（１４．８１センチメートル）及び長さ８．２７インチ（２１．０１センチメートル）を有する紙に等しい）、自動車内に、または空間が限られている他の狭い場所に配置されるように装備される。代替の実施形態では、パネル１００は、拡声システムで用いられるもののように、より高出力の用途で用いるために実質的にさらに大きくされることができる。「拡声システム」は、マイクロホンと、信号処理装置と、増幅器と、生のまたは予め録音された音をより大音量にし、より広範かまたはさらに遠方の聴衆（例えば、スタジアムで開催されたロックコンサートの来場者等）に向かって音を分配することができるラウドスピーカとの組み合わせで構成されるものである。拡声システムで用いるように意図された分布振動モード型ラウドスピーカの好ましい実施形態では、パネル１００は、長さ５７７ミリメートル、幅４００ミリメートル、及び厚さ３．８ミリメートルを有する。一般的に、分布振動モード型ラウドスピーカは、全体として軽量かつ堅固でなければならず、そのためこれらは、この組み立て目標を達成するために、通常は複合材料で作られる。パネルの剛性は、力率によってその厚さに比例する。特に、分布振動モード型ラウドスピーカにおける複合パネルについては、剛性は、力率１．５として、厚さとともに増大する。したがって、分布振動モード型ラウドスピーカの複合パネル１００の厚さを倍増させると、その剛性は、２．８３倍に増大する。代替の実施形態では、分布振動モード型ラウドスピーカで一体式パネルを用いることができ、そのようなパネルでは、それらの剛性は、厚さの３乗として増大する。
【００１０】
図１Ｂは、一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカのためのパネル１００の背面図である。この図示された実施形態では、パネル１００の背面図は、その上に４つの異なるトランスデューサカプラリング（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｒ  ｒｉｎｇ）が位置する第２の表皮材層の外面１０２ｂを含む。当業者には既知であるように、分布振動モード型ラウドスピーカは、１つ以上のオーディオトランスデューサをもって組み立てられ、所望の設計目標を達成することができる。本実施形態では、４つの電気力学的トランスデューサを用いて組み立てられたラウドスピーカが好ましい。トランスデューサカプラリング１０６、１０８、１１０、１１２は、パネル１００を駆動させて所望の音響出力を生成するために用いられる４つの異なるトランスデューサの巻型を受け入れるために、表皮材層の外面１０２ｂ上に設けられる（パネルの表面に接着剤で取り付けられる）。この外面１０２ｂは、パネル用の懸架型装着部を設けることに加えて、装着フレームとぴったりとフィットさせて、トランスデューサを分布振動モード型ラウドスピーカ内の適所に封止するために適切な高さである４つの付加的な装着ゴムブロック１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈをさらに含む。
【００１１】
図１Ｃは、一実施形態における、付加的な支持要素を備えるパネル１００の外面１０２ｂを図示する、分布振動モード型ラウドスピーカの背面図である。本実施形態では、パネル１００の第２の表皮材層の外面１０２ｂ上に、４つの発泡体ストリップが設けられ、これらは、装着フレーム上の合わせ溝に挿入可能に接続されることができるようにされる。発泡体ストリップ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄには、最適化された境界条件をもって、軽量かつ好適に堅固な分布振動モード型ラウドスピーカの作製を助ける膨張ゴム（例えば、Ｐｏｒｏｎ（登録商標））とともに用いられることが多い、連続気泡または独立気泡発泡材料が含まれる。本実施形態の外面１０２ｂは、４つの異なるオーディオトランスデューサの各々上の巻型を受け入れるための４つのトランスデューサカプラリング１０６、１０８、１１０、１１２をさらに含む。
【００１２】
図１Ｄは、一実施形態における、分布振動モード型ラウドスピーカのパネル１００の組立に用いられるコア層の一部の上面図を図示する。図示された部分には、パネル１００のコアの組立を表す３つの六角形のセル１１６、１１８、１２０が示され、コア層は、組立工程中に表皮層を溶解させるハニカム構造を作製するために、そのようなセルの統合網で構成される。ハニカムコア構造で用いられる各セルの直径は、作製されるパネル１００のサイズ及びラウドスピーカに対する所望の用途に依存して、大幅に変化させることができる。好ましい実施形態では、各六角形セルの対向する角間の距離は、３．５ミリメートルである。コア層を備えるハニカム構造の厚さは、０．１ミリメートル〜１０ミリメートルの範囲内である。好ましい実施形態では、コア層のハニカム構造の最大厚さは、約７ミリメートルである。当業者には既知であるように、六角形セルの直径及びコア層の厚さは、分布振動モード型ラウドスピーカに対する物理的な損傷を最小限にする一方で、これらのラウドスピーカの内部構造及びコンポーネントへの熱応力及び機械的応力を発生させる著しいリスクがある電力用途で用いられるという目標を達成するために、この範囲に制限される必要がない。
【００１３】
図１Ｅは、一実施形態における、表皮材層及びコア層の両方を示す分布振動モードラウドスピーカのパネル１００の断面図である。図示された実施形態では、パネル１００には、第１の表皮材層１２２と、第２の表皮材層１２８と、コア層とが含まれる。第１の表皮材層１２２は、外面１０２ａ（図１Ａに示される）と、熱硬化性接着剤スクリムでコア層に接合された内面１２４とを有する。コア層には、ハニカム構造または発泡フォームが含まれ、これらはいずれもが主に空気であり、パネルまたはダイヤフラムの全質量を低く維持することを助ける。コア層のハニカム構造に用いられる材料の中には、ドープ紙、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）及びアルミニウムがある。コア層のハニカム構造は、１ミリメートル〜１０ミリメートルにわたる範囲内の通常厚さを有し、これは、一般的には各ハニカムセルの高さを表す。図示された実施形態における各ハニカムセルの壁は、本断面図においては垂直支柱１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄとして示される。コア層は、内面１２６及び外面１０２ｂ（図１Ｂに先に示される）を含む第２の表皮材１２８上に配置される。コア層のハニカム構造は、図示された実施形態では、熱硬化性接着剤スクリムで第２の表皮材層１２８の内面１２６に接合される。第１の表皮材層１２２及び第２の表皮材層１２８には、軽量材料の群のうちいずれか１つが含まれてもよい。通常の実施形態では、これらの材料は、ドープ紙、炭素、ガラス繊維、またはさらにはプラスチックラミネートを備えるドープ紙を含む。プラスチックラミネートは、第１の表皮材層１２２の外面１０２ａ上に、魅力的な表面仕上げ（例えば、アルミニウムのヘアライン効果）をもたらすために用いられる。第１の表皮材層及び第２の表皮材層の各々は、好ましい実施形態では、０．１ミリメートル〜０．２５ミリメートルの範囲内の厚さを有する。
【００１４】
図２Ａは、一実施形態におけるオーディオトランスデューサのためのコイルカプラリングの上面図の図である。カプラリング２００は、上側面２０２と、カプラリングをオーディオトランスデューサ上のボイスコイル巻型に接合するために用いられる複数の下側面とを含む。図示された実施形態では、カプラリング２００の下側面上に、５つの延出部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ、２０４ｅが設けられる。当業者には認識されるように、オーディオトランスデューサ上で用いられるカプラリングは、限定することなく、またはさもなければ本構造の性能目標に影響することなく、カプラリングの下側面からより多数の、またはより少数の延出部を有することができる。これらの延出部は、従来の接着剤または他の合物質を用いて、オーディオトランスデューサのボイスコイル巻型に接合されることができる。好ましい実施形態では、各カプラリング２００は、アルミニウムから作られる。代替の実施形態では、カプラリングは、ポリカーボネートまたはＡＢＳプラスチック材から作製されることができる。図示された実施形態では、カプラリング２００の直径は、３０ミリメートル〜３２ミリメートルの範囲内である。
【００１５】
図２Ｂは、コイルカプラリング２００の側面図である。本図では、カプラリング２００の下側面２０６が露出し、５つの延出部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ、２０４ｅがより明確に示されている。これらの延出部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ、２０４ｅは、別々に作製されて下側面２０６に接合されるか、または、より一般的には、カプラリング２００の一部として、一つの物体として形成されることができる。これらの延出部の外側面は、従来の接着ボンドまたは他の好適な接合剤を用いて、ボイスコイル巻型に接合される。
【００１６】
図３Ａは、一実施形態における分布振動モードラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサのためのコイルアセンブリの斜視図である。コイルアセンブリ２１５は、巻型２０８と、カプラリング２００及びその露出上側面２０２と、巻型２０８の下部の周囲に巻きつけられた銅導体巻線を含むボイスコイル２１０とを含む。カプラリング２００は、従来の接着剤を用いて、巻型２０８の上側端に接合される。巻型２０８上には、換気のため、及びオーディオトランスデューサ内での圧力増大を防止するために、複数の小孔が設けられる。換気は、高出力動作中の硬化を防止するために、トランスデューサからの熱放散と、圧力の開放とを支援する。巻型２０８の下側部分上のボイスコイル２１０には、巻型２０８の内面及び外面両方の上の複数の銅導体巻線が含まれる。これらの内側及び外側コイルは、ともに並列または直列電気接続で接続され得る。本実施形態では、これらは直列接続される。増幅器からのオーディオ信号に応答して、電流は、音波を生成して、広範な指向性を備える所望のカバーエリアにわたって伝送するために、目標動作周波数範囲を超えてパネル１００を駆動させるために用いられる局所的なリング磁石から作り出された時間不変の磁場の存在下で銅巻線内を流れる。本実施形態では、ボイスコイル２１０の銅巻線は、巻型２０８上に、巻型の外面上の単層及び巻型２０８の内面上の別個の単層で置かれる。代替の実施形態では、当業者には既知であるように、銅導体巻線の２つ以上の層を、内面及び／または外面上で用いて、誘導電流の生成のために同じかまたはより高い電磁結合を達成し得る。
【００１７】
図３Ｂは、一実施形態における分布振動モードラウドスピーカで用いられる巻型に装着されたボイスコイルの断面図である。本図では、巻型２０８は、側面図で示され、その上に銅導体巻線２１０が固定されている２つの並行な垂直面として標示される。巻型２０８は、カプラリング２００上の一連の延出部に接合される。断面図は、カプラリング２００の２つの部分を示し、各々がカプラリング２００上の異なる延出部を表しており、それらの上には巻型２０８が取り付けられている。カプラリング２００は、パネル１００の内面１０２ｂ（図１Ｂに示される）に取り付けられ、さもなければ巻型２０８のみでは達成できないであろう改善された接合エリアを提供する。
【００１８】
図３Ｃは、一実施形態における分布振動モードラウドスピーカで用いられるコイルアセンブリ３００の断面図である。コイルアセンブリ３００は、巻型３０２の外面上の第１の複数の銅導体巻線２１０と、巻型３０２の内面上の第２の複数の銅導体巻線２１１とを備えるボイスコイルを含む。外面上では、巻線の少なくとも単一の層を接合して保持するために十分である第１のグルー層３０８を用いて、第１の複数の銅導体巻線２１０が巻型３０２に接合される。内面上では、巻型３０２の内面上に付与された第２のグルー層３０４を用いて、第２の複数の銅導体巻線２１１が巻型３０２に接合される。本図は、図３Ａに図示された巻型の下側部分の拡大図を提供し、どのようにしてボイスコイルの銅導体巻線が巻型３０２に結合されるかをより良好に図示するために提供される。銅導体巻線で用いられる巻き付け数は、所望の設計目的に依存して変化させる。本実施形態では、外側の銅導体巻線は、三十三（３３）回巻き巻線を用いたゲージ０．１４ミリメートルを有する。外面２１０上の第１の複数の巻線の高さは、５．５２ミリメートルであり、その内径は３２．２ミリメートルであり、その外径は３２．６２ミリメートルである。同様に、内側の銅導体巻線は、三十三（３３）回巻き巻線を用いたゲージ０．１４ミリメートルを有する。内面２１１上の第２の複数の巻線の高さは、５．５２ミリメートルである。しかしながら、第２の複数の巻線２１１の内径は、３１．６６ミリメートルであり、その外径は３２．０ミリメートルである。巻型３０２には、ガラス繊維が含まれ、高さ２０．２５ミリメートル、内径３２．０ミリメートル、及び外径３２．２ミリメートルを有する。
【００１９】
図４は、一実施形態における、分布振動モードラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの斜視図である。この統合された図では、カプラリング２００は、オーディオトランスデューサ４００の本体内部に配置された巻型２０８に取り付けられて示される。本実施形態では、好ましいタイプのオーディオトランスデューサ４００は、動電型トランスデューサである。動電型トランスデューサでは、時変電流は、ボイスコイル及びそれに接続された部分に起電力を発生させる時間不変の磁場内に懸架された導電コイルを通過する。この起電力は、ひいては当該接続された部分（例えば、パネル１００）を振動させて、音を放射させる。図示されたオーディオトランスデューサ４００では、巻型２０８及び電装ベース４０７に接続された２つの引き出し線４０６、４０８が設けられる。電装ベース４０７は、２つの電気端子４０２、４０４を含み、ここで、オーディオ増幅器（図示せず）は、分布振動モードラウドスピーカの動作のための時変駆動電流を伝送するオーディオトランスデューサ４００に電気結合される。好ましい実施形態では、オーディオ増幅器は、分布振動モード型ラウドスピーカの各パネルに、最大で２００ワットの入力電力を供給し、ここで各パネルは、最大で４つの異なるオーディオトランスデューサを含むことができる。電力は、４つのトランスデューサ間に配電されて均等に分配され、それによって、各トランスデューサが、オーディオ増幅器からトランスデューサに供給された電力量に依存して、最大で５０ワットを受信するようにされる。
【００２０】
図５Ａは、分布振動モードラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの断面図である。図示されるように、コイルカプラ２００は、その上に複数の通気孔が存在する巻型２０８に取り付けられて示される。巻型２０８の下側部分は、第１の複数の銅導体巻線２１０と第２の複数の銅導体巻線２１１とを含むボイスコイルを含む。オーディオトランスデューサは、本実施形態では波形状の綿／Ｎｏｍｅｘ（登録商標）混紡の添加織物を含むスパイダサスペンション要素５１０をさらに含む。スパイダサスペンション要素５１０は、グルーまたは代替の従来の接着剤を用いて巻型２０８に接続され、パネル１００を駆動するために力が加えられたときに、巻型２０８を支持する。動作時、スパイダサスペンション要素５１０は、巻型２０８のその平衡位置からの変位に比例する復元力を作用させ、さらに、パネル１００が所望でない発振をすることを防止するために用いられる動きの速さに比例する制動力を提供する。スパイダサスペンション要素５１０の周囲には、抑制支持体を提供するスパイダ支持リング５１２が設けられる。一実施形態では、このスパイダ支持リング５１２には、プラスチックが含まれるが、他の同様の材料を用いて、スパイダサスペンション要素５１０によって必要とされる抑制支持体を設けることができる。スパイダサスペンション要素５１０の下は、第１の複数の銅導体巻線２１０を含む巻型２０８の一部の周囲に巻きつける、鋼を含む前板である。ボイスコイルの銅導体巻線２１０、２１１は、磁極片５２０の外面の周囲に巻き付けられた銅シールド５２５と、前板５１４との間に形成され、磁極片５２０上の銅シールド５２５２とリング磁石５１６との間に延びている空隙内に配置される。リング磁石５１６は、前板５１４の下に配置され、リング磁石５１６及び磁極片５２０の両方が、磁気回路を完成させ、分布振動モード搭載スピーカ内の装着フレーム上に配置されたときにオーディオトランスデューサの基板ベースとして機能する、同じく鋼を含む背板５１８の頂点に位置する。背板５１８の中心は孔であり、これは、ねじによってタップ接続されて、トランスデューサがビスを介して装着フレームにしっかりと取り付けられることを可能にし得る。タップ接続孔の直径は、通常は４ミリメートル〜６ミリメートルであり得る。
【００２１】
図５Ｂは、図５Ａに示されたオーディオトランスデューサの動作コンポーネントのいくつかをより良好に図示する断面図である。本図では、パネル１００は、カプラリング２００に取り付けられて示される。カプラリングは、その上に複数の銅導体巻線２１０、２１１が配置された巻型２０８を受け入れて適所に保持する。磁極片５２０、前板５１４、及びリング磁石５１６は、本実施形態では、オーディオトランスデューサのための円形の空隙を画定する。この図示された実施形態では、磁極片５２０は、磁極片５２０の外面に接着剤で装着されてそれを取り囲む銅シールド５２５を含む。時変駆動電流が巻型２０８に付与られると、銅導体巻線２１０、２１１を含むボイスコイルは、時変磁場を作り出す。本態様では、それを通って駆動電流が流れるボイスコイルは、電気回路的観点からは、ローパスフィルタ応答特性を呈するインダクタである。磁極片５２０には、ボイスコイルからの時変磁場とは反対の、ボイスコイルのインダクタンス性を低減させるような電気的効果を有する「電流シールド」を形成する、誘導された渦電流を容易に支援することができる媒体として、銅シールドが付与される。ボイスコイルのインダクタンスの低減において、そのようなトランスデューサを含むパネルは、より広範な信号周波数帯域にわたって動作することが可能である。本実施形態で用いられるために画定されたオーディオトランスデューサは、円形の空隙を用いることに制限される必要はなく、同様の性能目的を達成する代替の設計を容易に設計して、当業者によって実施させることができる。しかしながら、オーディオトランスデューサの改善された機械的安定化は、最も好ましくは、円形の空隙を用いて実施される。背板５１８は、磁気回路を完成させ、その上にリング磁石５１６及び磁極片５２０が配置されるベースである。スパイダ支持リング５１２及びスパイダサスペンション要素５１０は、図５Ａに関して記載されたとおりである。
【００２２】
図５Ｃは、一実施形態におけるオーディオトランスデューサの右半分部分の軸対称図である。本実施形態では、磁極片５２０の右半分部分は、磁極片５２０の外面上に配置された銅シールド５２５に伴う背板５１８の右半分部分の頂上に置かれて示される。前板５１４の右半分部分と、リング磁石５１６の最も右側の部分とは、背板５１８の頂上に配置されて示されている。本構造によって作製された空隙は、磁極片５２０と前板５１４との間の本構造の上側部分間と、磁極片５２０とリング磁石５１６との間の下側部分間とに示される。巻型上の複数の銅導体巻線は、この空隙に挿入される。
【００２３】
図５Ｄは、一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの空隙内のコイルアセンブリの部分断面図である。本実施形態では、空隙の上側部分は、銅シールド５２５と前板５１４との間に確立される。空隙の下側部分は、リング磁石５１６と磁極片５２０との間に確立される。複数の銅導体巻線を備える巻型２０８は、空隙内で銅シールド５２５と前板５１４との間に介在し、この空隙は、いくつかの画定された空間寸法を有する。空隙の空間寸法は有意であり、好ましい実施形態では、３つの別個のゾーンで構成される。第１のゾーンＡ１は、銅シールド５２５の外壁と内側ボイスコイル２１１の内径との間の距離であり、このゾーンは、オーディオトランスデューサの高出力動作中に、コイルアセンブリ３００に起こり得る揺動の原因となる安全域を提供する。高出力動作中、増幅器によって駆動されたオーディオトランスデューサは、そのような高出力動作の著しい熱応力及び機械的応力を経験する場合が多い。この高出力動作中、ボイスコイルは、著しい軸方向の変位を経ることがあり、たいていはこれらの軸方向変位に伴う非軸方向変位があり、これは揺動運動として現れる場合がある。この揺動運動は、空隙内での巻型及び取り付けられたボイスコイルの位置づけを動かすかまたは変位させる可能性がある。ボイスコイルと磁場との間の正しい配列は、トランスデューサの十分かつ安全な動作のために必須である。さらに、低周波数動作中の高出力で、より強い軸方向偏移が作り出されるため、著しい機械的応力がトランスデューサに加えられ、それによって物理的な損傷のリスクがさらに高まる。コイルアセンブリ３００は、駆動信号によって軸方向前後に動くに従って、Ｘ方向またはＹ方向に向かって非軸方向への物理的な変位またはオフセットを経験する可能性があり、一方で巻型２０８は、パネルをＺ方向（すなわち、振動パネルの表面に対して法線方向）に駆動している。本明細書で用いられる場合、用語「Ｘ方向」は、パネル１００の平面において水平方向への変位を意味する。用語「Ｙ方向」は、パネル１００の平面において垂直方向への変位を意味する。そのような変位のリスクは、拡声システム（すなわち、高い入力電力を必要とする大きな競技場に音を供給するために作製されたシステム）における高出力動作中に特に深刻である。第２のゾーンＡ２は、端から端まで（すなわち、内面上の巻線の外縁から外面上の巻線の外縁まで）をベースとして、ボイスコイルの巻型２０８及び取り付けられた銅導体巻線２１０、２１１の厚さを画定する。第３のゾーンＡ３は、ボイスコイルの外面（巻型２０８の外面上の銅導体巻線の単層の直径を除く）と、好適な安全域を提供する前板５１４の側壁との間の距離を画定する。１つの好ましい実施形態では、これは、詳細な設計検討から判定され、１００Ｗｒｍｓの入力は、０．４８ミリメートルのコイル及び巻型厚さ（すなわち、ゾーンＡ２厚さ）によって提供され、ゾーンＡ１及びゾーンＡ３の各々に好適な距離は、それぞれ０．４１ミリメートル及び０．４６ｍｍである。高い入力電力でのボイスコイルの熱膨張を考慮して、外側間隙（ゾーンＡ３）については、許容誤差がわずかに大きくされている。当業者にとっては、そのようなトランスデューサ設計の既知の良好な手法は、この熱膨張を考慮して、外側間隙においてさらに０．０５ｍｍを許容することであり、本実施形態ではこの寸法が用いられた。
【００２４】
図５Ｅは、分布振動モード型ラウドスピーカの一実施形態で用いられるオーディオトランスデューサの第２の断面図である。本実施形態では、トランスデューサの全断面図が示され、磁極片５２０と、前板５１４と、リング磁石５１６と、銅シールド５２５と、ベースプレート５１８とを含む。前板５１４と銅シールド５２５との間、及びリング磁石５１６と銅シールド５２５との間の空隙は、トランスデューサの上側部分の狭い空隙と、リング磁石５１６と５２０との間のより広い空隙とを示す。トランスデューサの組み立て中、コンポーネントの構築高さは、平衡状態で静止しているボイスコイル２０１、２１１の銅導体巻線が、リング磁石５１６による磁流場の方向に対して垂直な方向に向かって、空隙の上側部分において垂直方向に中心が置かれることを保証するように注意深く制御される。本構造の斜視図が図５Ｆに示され、完全な円形の領域として提示された空隙の拡大図が、図５Ｇに示される。図示された実施形態では、オーディオトランスデューサの好ましい寸法は、以下の通りである。
【表１】
2018506909.tif 000003
【００２５】
図５Ｈは、分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの一実施形態において存在する静磁場の断面図である。図示されるように、巻型２０８は、前板５１４と銅シールド５２５との間の空隙内に配置され、それによって、巻型２０８に装着された複数の銅導体巻線が、これらの２つの構造的要素間に配置されるようにされる。リング磁石５１６は、前板５１４と磁極片５２０との間に画定された環状の空隙を渡って流れる磁場を生成する（静磁場に対しては、銅は空気とは異なって現れる）。リング磁石５１６は、前板、磁極片、及び背板を介して、空隙全体にわたる静磁場を作り出す磁気回路を形成する永久磁石である。電気信号（すなわち、時変電圧）は、トランスデューサの端子で印加され、時変電流は、巻型２０８（すなわちボイスコイル）の周囲に巻き付けられた複数の銅導体巻線を通って流れ、空隙内の磁場と相互作用して、巻型２０８及びカプラ（図示せず）を介して、パネル１００（図示せず）を所望のオーディオ周波数で振動させるボイスコイルに、時変起電力を付与させる。リング磁石には、さまざまな材料が含まれてもよいが、いくつかは、分布振動モード型ラウドスピーカでの用途に有利な性質を示している。本実施形態では、ＮｄＦｅＢ（ネオジム鉄ホウ素）を含むリング磁石が、このタイプの用途のためのリング磁石５１６で用いられる最も好ましいタイプの磁性材料である。このタイプの磁石は、「ネオ磁石」と称され、このタイプの磁石の好ましいグレードは、Ｎ４２−ＨかまたはＮ４０−Ｈである。−Ｈは、このタイプの磁石を、高い温度性能磁石（すなわち、最大で摂氏１２０度まで永久磁石性を提供することができるもの）として特定する。より一般的には、図示された実施形態で用いるために許容可能な磁石貯蔵エネルギ密度グレードは、Ｎ３０〜Ｎ５０の範囲にわたり、許容可能な温度グレードは、−Ｈ、−ＳＨ（すなわち、最大で摂氏１５０度までの永久磁石性）、及び−ＵＨ（すなわち、最大で摂氏１８０度までの永久磁石性）を含む。温度グレードなしにベース磁気貯蔵エネルギ密度グレード（すなわち、Ｎ３０、Ｎ４０またはＮ５０）を有する磁石もまた、本実施形態で有効に用いられることができる。代替的に、フェライト磁石を用いることができるが、そのエネルギ密度はかなり少なく、磁石のサイズは、かなり大きくなることを要する。ネオジム型磁石は、あらゆる磁石タイプのうち最も高いエネルギ密度を提供し、例えば分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるタイプの動電型オーディオトランスデューサにおいて、空間が主要な制約である場合に一般的に用いられる。図示された実施形態では、磁場は、前板５１４と磁極片５２０との間に形成された空隙内のボイスコイルをわたって流れ、ローレンツ力と呼ばれる周知の原理によって、時変電流と相互作用し、これは、１００ヘルツから始まり、６キロヘルツ〜２０キロヘルツまで変化する高い範囲までの好ましい動作範囲を含む、２０ヘルツ〜３０キロヘルツの周波数範囲をわたって分布振動モード型ラウドスピーカのパネル１００を振動させるように制御されて用いられることができる。このモータ構造の好ましい実施形態では、力計数（一般にＢＬとも称される）は、９．５テスラメートル（またはニュートン／アンプ）である。
【００２６】
図６Ａは、分布振動モード型ラウドスピーカの一実施形態における、周波数を基準としたコイルアセンブリ変位を図示するグラフである。このグラフ６００では、分布振動モード型ラウドスピーカのオーディオトランスデューサにおいて、最大レベルの変位を作り出す動作周波数が生じる第１の領域６０２が設けられる。網かけされた領域は、分布振動モード型ラウドスピーカ上のパネルが主としてピストニックに振動するときに、比較的低周波数の動作中に最も高い変位のゾーンが生じることを示している。第２の領域６０４は、最も高い周波数動作の領域を表し、それに対応して、オーディオトランスデューサにおいて、巻型の物理的変位が著しく少ないゾーンを表す。高周波数動作と低周波数動作との間のこの差異が重要であるのは、ラウドスピーカ、特に分布振動モード型ラウドスピーカが、高出力で、低周波数の動作中に、ボイスコイルの著しい軸外変位の影響を受けやすいためである。このことは、多くのスピーカにおいて問題である可能性があるが、高出力オーディオ伝送が必要とされるときに拡声のために用いられるラウドスピーカにおいて、特に著しい問題である。
【００２７】
図６Ｂは、一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカで用いられるオーディオトランスデューサの空隙内のコイルアセンブリの軸対称図である。図示された実施形態では、前板５１４と銅シールド５２５との間に、内面２１１及び外面２１０上に銅導体巻線を備える巻型２０８を含む空隙が示される。前板５１４は、リング磁石５１６上に配置され、リング磁石５１６と、銅シールド５２５と、磁極片５２０とが、背板５１８の頂点におかれる。この図示された構造配置は、強力なモータ効率に十分であるが、これは、ボイスコイルが、リング磁石５１６から発する磁場の範囲に対して垂直であるためである。動作中、そのようなラウドスピーカが、著しい軸方向変位を強制する高出力駆動振動によって駆動される場合、特にそれらが拡声システムで用いられるときに、非軸方向の物理的な変位のリスクが発生する。コイルアセンブリ３００（図６Ｃに図示される）のそのような非軸方向変位は、それらが銅シールド５２５または前板５１４のいずれかまたは両方と接触した場合、内側及び／または外側の銅巻線に物理的な損傷を生じさせる可能性がある。図６Ｃに示される変位したコイルアセンブリの非対称図では、ことを見ることができる。空隙（銅シールドと前板との間の間隔）の幅の増大は、この非軸方向（揺動）移動によって生じる、コイルアセンブリ３００と空隙を形成する金属加工物との間の、場合によっては破損を起こす接触の可能性を低減させる。しかしながら、この空隙の幅は、空隙内の静磁場の強さに強く影響し、それによって、より大きな間隙が磁気回路によって経験される有効インピーダンスを増大させ、そのため回路内を流れる磁場の強さを低減させるようにされる。反対に、より小さな空隙は、磁気回路によって経験される有効インピーダンスを低減させ、そのため、回路内を流れる磁場の強度が増大する。コイルアセンブリ３００の非軸方向（揺動）運動の振幅を低減させることによって、空隙の幅を最小限にすることができ、結果としてボイスコイルの銅導体巻線を通って流れる磁場の強さを増大させて、それによってトランスデューサの効率を向上させる。
【００２８】
図６Ｄは、一実施形態における、コイルアセンブリの簡略化された図である。コイルアセンブリには、巻型２０８と、ボイスコイル２１０とが含まれる。本図に示された巻型２０８には、巻型２０８の外面上に複数の銅導体巻線を含むボイスコイル２１０が設けられる。第２の複数の銅導体巻線は、本図には示されない巻型２０８の内面上に存在する。この簡略化された図では、巻型２０８の垂直距離は、２１ミリメートルとして示され、幅は３２ミリメートルとして示される。著しく高い出力動作が行われると、ボイスコイルの著しい非軸方向の物理的変位が生じる可能性がある（すなわち、Ｘ方向及び／またはＹ方向へのコンポーネントによる変位）。第２の図は、トランスデューサ動作中に非軸方向の物理的な変位が生じたときに、何が起こる可能性があるかを図示する。両方の図において、軸方向の変位は示されない。パネル内のトランスデューサの群が、特に低周波数の主としてピストニックな領域において駆動されると、トランスデューサがパネル上の最適な位置に配置されていない場合にパネルの回転を生じさせる一連の力モーメントが作り出される。力モーメントがオフセットされていない場合、その結果、パネルの回転によって、ボイスコイルは、損傷を生じさせ、最終的にはボイスコイルの故障につながる可能性がある非軸方向変位を受ける。ここで見られるように、「Ｘシフト」として示されるＸ方向の変位と、Ｚシフトの変位として示される、垂直方向への対応するシフトとがある。Ｘシフトの変位は、カプラリング２００に取り付ける巻型２０８の上側部分の外周の周りのＺシフトのピーク最大及び最小を測定することによって、そして巻型２０８の直径及び高さの事前知識を用いることによって、判定される。
【００２９】
図７Ａは、一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカのパネルの内面上に対称的に配置されたトランスデューサを図示する。４つのオーディオトランスデューサの位置は、対称的な配置レイアウトで示され、所望の動作周波数範囲にわたるパネル１００の駆動に用いるために設けられる。本明細書に記載された実施形態は、４つのオーディオトランスデューサを含む構成に言及しているが、本開示は、わずか３つのオーディオトランスデューサまたは４つを超えるトランスデューサを有するシステムで生成される力の最小化及び低減にも同様に適用可能である。この図示された実施形態では、パネル７００は、第１の位置７０２に第１のオーディオトランスデューサと、第２の位置７０４に第２のオーディオトランスデューサと、第３の位置７０６に第３のオーディオトランスデューサと、第４の位置７０８に第４のオーディオトランスデューサとを含む。トランスデューサ配置の判定において、分布振動モード型ラウドスピーカ設計のいくつかの規則が適用される。規則のうち１つは、放射パネルの均一に分布されたモーダルな励振を保証する、駆動励振器（すなわち、トランスデューサ）のための配置を選択することである。
【００３０】
図７Ｂは、一実施形態における駆動力が印加されたパネルの概念図である。この概念図では、パネル１００及びその中心点（点線によって印をつけられている）は、仮装的に配置されたトランスデューサの２つの位置である。この二次元図での２つのトランスデューサの各々についての中心点からの距離は、Ｘ１及びＸ２として示される。各トランスデューサの位置においてパネルに印加された駆動力は、Ｆ１及びＦ２の印をつけられた矢印によって描画される。パネルの中心点を基準として、各トランスデューサは、駆動力の増大に従って、それらの巻型の望ましくない非軸方向変位を生じさせる傾向がある力モーメントを生成する。変位は、特に低周波数動作中に、高出力動作中に駆動されたときにパネルに作用する、組み合わせられた機械的な力の副産物である。パネルに作用する力モーメントは、次のような、モーメント＝力×距離の関係によって分析的に記載されることができる。実際に、各トランスデューサは、力モーメントを作り出し、これは、特定の距離で作用する力である。対称的な配置配列の各トランスデューサによって生成された同じ印加力についてのモーメントは、まとめて合計が０になるべきであるため、特段の効果はない。トランスデューサの対称的配置は、一般的には低周波数動作中に、主にピストニックな振動範囲内で分布振動モード型ラウドスピーカを駆動させるために最適であるが、対称的配置は、一般的には、最適に分布された数多くの共振モードをパネルから発生させなければならない場合には好ましくない。本図に示されるようなグラフィカルな分析を用いて力モーメントを分析し、広範な周波数スペクトルにわたって共振放射モードを発生させる必要性を理解することによって、トランスデューサの非対称の配置が、所望のモーダルな分布結果を生み出すことができると同時に、依然としてトランスデューサが対称的に整列しているパネルから予想されるものと同じ低周波数動作を達成することができることが明らかになる。
【００３１】
図７Ｃは、一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカのパネル１００上のトランスデューサの非対称のレイアウトを図示する。トランスデューサは、パネル１００の内面上に、その中心からＸ方向及びＹ方向の両方に向かって変化する距離で配置される。パネルの中心が起点であり、起点の左に向かうすべての水平距離及び起点の下方へのすべての垂直距離は、負数で表現される。第１のトランスデューサ７１２は、パネルの中心に対して水平距離Ｘ１及び垂直距離Ｙ１にある。第２のトランスデューサ７１４は、パネルの中心に対して水平距離Ｘ２及び垂直距離Ｙ２にある。第３のトランスデューサ７１６は、パネルの中心から水平距離Ｘ３及び垂直距離Ｙ３に配置される。第４のトランスデューサ７１８は、パネルの中心を基準として水平距離Ｘ４及び垂直距離Ｙ４にある。以下の数字、Ｘ１、Ｙ４、Ｘ４及びＹ３は負であり、残りの数字は正である。力分析の観点からの最終結果は、以前として０の力モーメントを備えるシステムを作り出さなければならず、これは、ここでは効率的な分布振動モード型ラウドスピーカの付加的な設計基準である。この点において、分布振動モード型ラウドスピーカ設計のために満たされるべき主要な設計要件は、以下の通りである。
【表２】
2018506909.tif 000004
【００３２】
図７Ｄは、一実施形態における、非対称の配置パターンのトランスデューサを備える分布振動モード型ラウドスピーカのためのパネル１００の図である。この非対称のパターンは、上記で示された設計規則により強力に準拠し、４つのトランスデューサ７２２、７２４、７２６、７２８の各々によって生成された相対的な力モーメントを説明する必要性により良好に対処する。ここで、トランスデューサ位置は、非対称の配置パターンに配置されることに加えて、緊密にクラスタ化される。
【００３３】
その設計において、分布振動モード型ラウドスピーカのパネルは、１つ以上のトランスデューサからの励振が加えられる有限範囲である。これらの励振は、各トランスデューサから半径方向外側に進む屈曲波（曲げ波としても既知である）を生成する。生成された入射波ごとに、パネルの有限範囲の側を離れた入射波の反射から、反射波が作り出される。パネルの形状寸法及びトランスデューサ位置は、この閉環境において定在波パターンを集合的に作り出す。入射波と反射波との間の建設的干渉及び相殺的干渉は、結果として「アンチノード」と称される高い面外振動の位置と、「ノード」と称される面外振動のない位置とを作り出す定在波パターンをもたらす。ノードは、それを中心とした回転を可能にするが、面外振動は可能ではない線として画定されることができる。二次元系では、ノード点は、その上に面外振動が存在しない線である「節線」を集合的に形成する。本質的に、これらは、軸方向のトランスデューサ励振から入力されたエネルギが好都合である、パネルにおける高インピーダンスの線である。分布振動モード型ラウドスピーカのためのパネルの共振振動モードに対する速さノードを図示する図８Ａに示された波形８０２では、２つのノード８０２ａ及び８０２ｂが特定され、これらは、相殺的に干渉している波上の面外振動がない点を表す。より多くの波長が波形８０４で示され、ここで、さらなる建設的干渉点（すなわち、アンチノード）及び相殺的干渉点（すなわち、ノード）が示される。図示されたノード８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃ、８０４ｄは、相殺的干渉点で発生する。二次元環境では、これらのノード点は、「節線」、または面外振動が存在しない位置である。
【００３４】
図８Ｂは、実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカ一で用いるパネルの共振振動モードについての速さ節線の図である。図示された実施形態では、およそ２．５オクターブの周波数帯域幅をカバーする、まず、１０本の速さ節線が示される。この周波数範囲にわたって、励振器は、いかなる速さ節線上にも直接配置されず、このことは、先に述べた有効な分布振動モード型ラウドスピーカの設計のための要件の１つである。しかしながら、分布振動モード型ラウドスピーカのパネル上でのオーディオトランスデューサの最適な配置は、緊密にクラスタ化されて速さ節線から距離を置かれたとしても、オーディオトランスデューサの高出力動作の結果として生じる機械的応力から生じる物理的な損傷を著しく低減することができる安定化されたシステムを達成するために十分ではない。パネルの主としてピストニックな動作中に発生する力モーメントを最小限にすることが必要とされる付加的な要件が存在する。これは、Ｘ方向及びＹ方向におけるトランスデューサの位置を選択することによって満たされる要件である。それらの配置が、パネルの中央の起点に対する平均に集合的に整合する。この要件は、以下の設計制約として要約される。
【表３】
2018506909.tif 000005
そして、より一般的には、これらの制約は、以下のように１つの一般式で表されることができる。
【数１】
2018506909.tif 000006
ここで、Ｆｎは、トランスデューサｎから付与された力を表し（ここで、４つのトランスデューサの実施形態の場合、ｎは１〜４に及ぶ）、Ｘｎは、一般化された座標である。
【００３５】
図８Ｃは、一実施形態における分布振動モード型ラウドスピーカの２つの特性を図示する複合グラフである。図示された第１の特性は、分布振動モード型ラウドスピーカのパネルの表面から距離を置いたところでの音圧レベルである。第２の特性は、分布振動モード型ラウドスピーカのパネルにおけるモーダルな分布対周波数である。音圧レベル応答プロファイル８２２が示され、高い対称性をもって組み立てられ、オーディオトランスデューサの対称性の高い配置を用いて駆動された場合の、分布振動モード型ラウドスピーカのパネルの表面から距離を置いたところでの音圧レベルを示す。この構成では、共振モードは、一緒にクラスタ化されて、分布振動モード型ラウドスピーカのパネルの目標周波数帯域幅全体にわたって均一に分布していない。これら６つの共振モード８３２、８３４、８２８、８３０、８２４、８２６は、３つの別個のクラスタ（８３２、８３４）、（８２８、８３０）、（８２４、８２６）として観察される。ＳＰＬ応答プロファイル８２２は、本ケースでは高い構造的かつトランスデューサ位置の対称性の分布振動モード型ラウドスピーカのパネルから距離を置いたところでの音圧レベル応答を表す。音圧レベルが通常は「遠距離場」で測定され、これは、パネルの最大長さ寸法の少なくとも３倍である点から始まり、パネルに対して発射された音がより正確に測定されることができる無限距離までのパネルからの距離であることを特定することが重要である。図示された例では、共振モードのクラスタリングは、一般的には「平滑」ではないとして知覚され、ラウドスピーカは、事実上、人間の耳には不快に聞こえる周波数応答を有するように思われる。
【００３６】
図８Ｄは、オーディオトランスデューサの非対称の形状寸法及び配置を用いて組み立てられた分布振動モード型ラウドスピーカからの共振モード及び音圧レベルを図示する。この配置構成では、パネルモードは、ここで動作周波数範囲にわたってより均一に分配され、結果として、ＳＰＬ応答８４２は、「平滑」であるように思われ、人間の受信者にとっては、より快適に聞こえる周波数応答として知覚される。本図が示すように、ＳＰＬ応答は、より均一に分布されたように思われ、より均一に分布された一連の放射共振モード８４４、８４６、８４８、８５０、８５１、８５２に起因する。図８Ｃ及び図８Ｄの両方において、目標帯域幅全体にわたるモードの総数は、同じ（本例では６つ）であるが、図８Ｄにおけるこれらのモードの分布は、より均一に空間がおかれることに留意すべきである。
【００３７】
図９Ａは、分布振動モード型ラウドスピーカの一実施形態で用いられる振動周波数に対する、オーディオトランスデューサ内のコイルアセンブリの軸方向偏移を図示するグラフである。本グラフに示されるように、分布振動モード型ラウドスピーカ内のオーディオトランスデューサは、一般的に主としてピストニックな振動範囲と、主としてモーダルな振動範囲とに分けられる幅広い周波数範囲にわたって動作することができる。主としてピストニックな振動範囲は、本例では２００ヘルツを下回るより低い周波数動作に対応する。モーダルな振動範囲は、２００ヘルツを超える動作周波数に属し、この範囲は、一般的に「中〜高周波数」動作範囲であると考えられる。軸方向偏移は、分布振動モード型ラウドスピーカ上で用いられるパネルの平面に対して直角な方向への、巻型の物理的な変位の測定である。軸方向偏移は、メートルを単位として垂直軸上で測定される（すなわち、０．０００４は、０．４ミリメートルである等）。このグラフ上に図示される曲線９０２は、どのようにして、入力駆動信号電力について１ワットの使用に基づいて、巻型の軸方向偏移が動作周波数範囲にわたって変化するかを示す。あるレベルの動作周波数において、ある程度の偏移があるが、しかしながら、より高い周波数動作については、コイルアセンブリは、より低い周波数範囲を著しく下回るより低い振幅の軸方向偏移を経験する。より低い周波数範囲では、コイルアセンブリの軸方向偏移（すなわち、物理的移動）はより高い。
【００３８】
図９Ｂは、一実施形態における、オーディオトランスデューサについての動作周波数を基準とした、コイルアセンブリの最大非軸方向変位を図示するグラフである。この例で用いられる入力電力は、１００ワットであり、これは、一般的にスピーカ拡声システムのために用いられる高出力動作の代表例である。従来技術の教示によって従来の設計をもって構築されたラウドスピーカは、第１の曲線９０５によって示されるように、実質的により大きな非軸方向変位を有する。第２の曲線９０７は、本明細書に記載された安定化構造及び方法をもって設計されたパネルにおける、オーディオトランスデューサの非軸方向変位を図示する。この利点は有意であり、各トランスデューサによって生成された力モーメントの実質的な低減または有効な相殺を備える設計を実施することによって達成される。この低減または有効な相殺は、各トランスデューサを、パネルの中心を基準として、Ｘ方向及びＹ方向の好適な位置座標に非対称パターンで配置し、それによって、各トランスデューサに作用する力モーメントがまとめてオフセットされるようにすることによって達成される。このように、パネルは、依然として低周波のピストニックな振動域で駆動されて、対称的なトランスデューサレイアウトのものに対する性能を達成し、一方で目標帯域幅全体にわたる一様かつ平滑なモードの分配のために望ましい非対称性を維持することができる。本グラフにおいて特に注目すべきなのは、非軸方向変位における第１の曲線９０５と第２の曲線９０７との間の実質的な差異が、およそ３００ヘルツを下回ることである。この点寄りしたで、分布振動モード型ラウドスピーカで用いられる従来技術設計によるトランスデューサは、設計が最適化されたトランスデューサと比較して、非軸方向変位にさらにおよそ５０％大きな振幅を経験する。この差異は大幅であり、これを用いて、ひいては、分布振動モード型ラウドスピーカ用のパネル内のトランスデューサで用いられる前板と磁極片との間に配置されたボイスコイル（すなわち、銅導体巻線）間のより効率的な時期結合を作り出すより狭い空隙を備える、より効率的なトランスデューサを作り出す。
【００３９】
図１０は、一実施形態における、分布振動モード型ラウドスピーカで用いられる装着フレームの等角図である。装着フレーム１０００には、本実施形態では４つの異なるオーディオトランスデューサを保持する中心板１００４の周囲に組織された一連の支持構造体が含まれる。この中心板において示される空間位置は、分布振動モード型ラウドスピーカのパネルの内面上のトランスデューサの非対称の配置に対応する。図示された実施形態では、中心板１００４は、４つの別個の空間領域１００６、１００８、１０１０、１０１２を含み、その各々が、４つの異なるトランスデューサのうち１つを受け入れることが意図されている。この構造全体は、支持フレーム１００２の内部で保持され、その後、４つのオーディオトランスデューサが装着フレーム上の各自の位置に配置されてパネルの内面に接着された後に、パネルに固定される。
【００４０】
本明細書において特定の実施形態を例示して記載してきたが、当業者においては、本開示の本質から逸脱することなく、多様な代替及び／または等価の実施が、示されて説明された特定の実施形態と置き換えられてもよいことが理解されよう。本出願は、本明細書で述べられた実施形態のあらゆる改変または変形をカバーすることを意図している。
【図１Ａ】
2018506909.tif 000007
【図１Ｂ】
2018506909.tif 000008
【図１Ｃ】
2018506909.tif 000009
【図１Ｄ】
2018506909.tif 000010
【図１Ｅ】
2018506909.tif 000011
【図２Ａ】
2018506909.tif 000012
【図２Ｂ】
2018506909.tif 000013
【図３Ａ】
2018506909.tif 000014
【図３Ｂ】
2018506909.tif 000015
【図３Ｃ】
2018506909.tif 000016
【図４】
2018506909.tif 000017
【図５Ａ】
2018506909.tif 000018
【図５Ｂ】
2018506909.tif 000019
【図５Ｃ】
2018506909.tif 000020
【図５Ｄ】
2018506909.tif 000021
【図５Ｅ】
2018506909.tif 000022
【図５Ｆ】
2018506909.tif 000023
【図５Ｇ】
2018506909.tif 000024
【図５Ｈ】
2018506909.tif 000025
【図６Ａ】
2018506909.tif 000026
【図６Ｂ】
2018506909.tif 000027
【図６Ｃ】
2018506909.tif 000028
【図６Ｄ】
2018506909.tif 000029
【図７Ａ】
2018506909.tif 000030
【図７Ｂ】
2018506909.tif 000031
【図７Ｃ】
2018506909.tif 000032
【図７Ｄ】
2018506909.tif 000033
【図８Ａ】
2018506909.tif 000034
【図８Ｂ】
2018506909.tif 000035
【図８Ｃ】
2018506909.tif 000036
【図８Ｄ】
2018506909.tif 000037
【図９Ａ】
2018506909.tif 000038
【図９Ｂ】
2018506909.tif 000039
【図１０】
2018506909.tif 000040
【国際調査報告】
2018506909.tif 000041
2018506909.tif 000042
2018506909.tif 000043
2018506909.tif 000044
2018506909.tif 000045
2018506909.tif 000046
2018506909.tif 000047
2018506909.tif 000048