JP2004515178A

JP2004515178A - Loudspeaker

Info

Publication number: JP2004515178A
Application number: JP2002546462A
Authority: JP
Inventors: エリス　クリステン; ヒル　ニコラス　パトリック　ローランド
Original assignee: ニュー　トランスデューサーズ　リミテッド
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2004-05-20
Also published as: MXPA03004732A; AU2002223800A1; CN100433937C; CN1554209A; GB0029098D0; DE60132357T2; BR0115753A; DE60132357D1; EP1340407A2; TW515220B; CZ20031501A3; WO2002045460A3; HK1054483A1; WO2002045460A2; AR031425A1; EP1340407B1

Abstract

撓み波型放射体として作動するよう企図されたパネル形音響部材と、音響部材で撓み波振動を励振するために、音響部材に取り付けられたボイスコイルを有する電気力学的可動コイル変換器とを含み、ボイスコイルと音響部材との間の接合が、音響部材のサイズに対して線駆動を示すような十分な長さからなり、その結果音響部材が、撓み波周波数に伴って平均して高くなる機械的インピーダンスを有することを特徴とするラウドスピーカ。Includes a panel-shaped acoustic member intended to operate as a flexural wave radiator, and an electrodynamic moving coil transducer having a voice coil attached to the acoustic member to excite the flexural wave vibrations at the acoustic member The joint between the voice coil and the acoustic member is of sufficient length to exhibit linear drive relative to the size of the acoustic member, so that the acoustic member averages higher with bending wave frequency A loudspeaker having a mechanical impedance.

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、例えばＷＯ９７／０９８４２に例示された型式の共振撓み波パネルスピーカのような、撓み波パネルラウドスピーカ及び該スピーカの駆動モータに関する。
【０００２】
（背景技術）
撓み波パネルスピーカ用の電気力学式、すなわち可動コイルの振動変換器を作る上で、ボイスコイルのサイズと質量に対する今日の考え方は、一般的に従来のピストン式スピーカのツイータコイルのサイズである、小口径で低質量のボイスコイルシステムを使用する傾向にある。例えばパネルがピストン式と撓み式の両方で作動可能であるように主として駆動されることが意図された、ＷＯ９８／３９９４７に例示される撓み波パネル、又はダイアフラムを駆動する特定の用途において、そのような小口径のボイスコイルでは、出力操作や偏位に関連する問題が生じる恐れがある。
【０００３】
このような小口径のボイスコイルでは、駆動点のインピーダンス（Ｚｍ）は単一の点で駆動されるパネルのインピーダンスに近づく。周波数が高くなると、Ｚｍはモード構造で振動するが、平均では以下の式で与えられる、一定で、無限大のパネルの値に近づく。
【数１】

【０００４】
所与のボイスコイルの質量（Ｍｃ）の結果として、この質量の上昇インピーダンスが、一定の駆動点インピーダンスを超える高周波数の限界値（ｆ（ｂ））がある。この周波数は次の式で与えられる。
【数２】

【０００５】
その結果、上式により、既知の撓み波パネル上のボイスコイルの質量は、低く保たれている。
【０００６】
オーディオ帯域においてターンオーバー周波数を高く維持するための明白な方法は、Ｚｍを大きくするか、Ｍｃを小さくすることである。ボイスコイルの直径は、これまでわずかに大きくされて、セルキャップ、ドラムモード、及び共振が支配的となり、早期のロールオフが引き起こされることが分かっているだけである。
【０００７】
ピストン式駆動パネル用の低質量ボイスコイルに対して支障となる別の問題点は、感度と帯域幅である。実際的な密閉容積内で実際的な低周波数の帯域幅を維持するために、ダイアフラムの質量は大きい必要がある。それ故に、感度を上げて維持するためには、Ｂ１力係数を高くする必要がある。Ｂ１が高い駆動器は、通常Ｂ１積を増大させる巻数に依存し、従ってボイスコイル質量を増大させる。
【０００８】
別の方向は、Ｂ１積を増大させ、従ってボイスコイルの質量を低く保つために、マグネットに依存する、下方に突出した振動励振器の設計を使用することである。これは、直径が２５ｍｍで駆動点上の剛性を大きくしたボイスコイルを使用して試験されたことがある。しかし出力操作及び偏位は依然として制限された。
【０００９】
低周波数でピストン運動で作動し、高周波数で共振する、フラットパネルラウドスピーカが提供されることが、ＷＯ９７／０９８４２から知られている。また、同じ直径を有し、ボイスコイルが周辺でダイアフラムを駆動するように配置されている、可動コイル変換器及びダイアフラムを有するラウドスピーカが提供されることが、ＵＳ−Ａ−４，５４２，３８３から知られている。
【００１０】
（発明の開示）
本発明によれば、撓み波型放射体として作動するよう企図されたパネル形音響部材と、音響部材で撓み波振動を励振するために、音響部材に取り付けられたボイスコイルを有する電気力学的可動コイル変換器とを含み、ボイスコイルと音響部材との間の接合が、音響部材のサイズに対して線駆動を示すような十分な長さからなり、その結果音響部材が、撓み波周波数に伴って平均して高くなる機械的インピーダンスを有することを特徴とするラウドスピーカが提供される。ボイスコイルとダイアフラムの接合は円形であり、接合は実質的に連続している。
【００１１】
本明細書中の「十分に長いボイスコイル接合」とは、長さ又は円形接合の場合には直径が、ラウドスピーカの最大動作周波数における、接合によって規定された、又はボイスコイルによって外接された音響部材の部分内の少なくとも撓み波長に等しいものである。
【００１２】
パネルの機械的なインピーダンスは、単一の点に加えられる、結果として生じるこの点の速度に対する力の比率と同等である。パネルが線上を作用する力によって駆動される場合には、有効な機械的インピーダンスは、線の長さ全体にわたって平均化された結果として生じる速度に対する、線上で加えられる力全体の比率である。本明細書及び請求項において、「機械的インピーダンス」という用語は、両方の励振配置に関するこの比率を記述するのに使用される。
【００１３】
点駆動のプレート又はダイアフラムでは、真に一定のＺｍを有するのは無限ダイアフラムだけであることが理解されるであろう。有限ダイアフラムは、無限ダイアフラムの値の近傍で振動するＺｍを有する。同様に、ダイアフラム上の広い領域のボイスコイルで見られる機械的インピーダンスは、モード構造で振動するが、平均して周波数とともに大きくなる。
【００１４】
ボイスコイルと外接する音響部材の部分は、ボイスコイルの外側にある音響部材の部分と異なる剛性からなることができる。
【００１５】
変換器は、音響部材を全体モードで動かすと共に、音響部材に撓み波エネルギーを印可するように構成されることができる。ボイスコイルと音響部材間の接合のサイズ、形状、及び位置は、低周波数における全体の動きから高周波数における撓み波運動への平滑な移行を実現するために、ダイアフラム又は音響部材のモード分布に対して調整することができる。例示として、円形ダイアフラムの場合、正常に駆動されると、第２の共振によって出力に不規則性が生じる。円形の駆動ラインに関して、第２の共振の節円上又はその近傍にある位置及びサイズで、駆動ラインの効果的な外周を選択することができる。この状況においては、第１の共振とは、全体の共振、すなわちピストン運動に相当する共振である。第２の共振に対して節円上又はその近傍で結合することによって、その効果は減少し、モードは弱く駆動されるか、又は全く駆動されない。従って設計者は、低ピストン周波数から、中間の周波数におけるモード的に高密度の領域までの音質を向上させるよう、駆動パラメータを調整することができる。
【００１６】
ボイスコイルの直径内における質量の装荷を音響部材に適用することができる。音響部材は、非円形の形状とすることができる。変換器のボイスコイルは、音響部材の幾何学的中心と同心とすることができる。
【００１７】
第２の変換器は、ボイスコイルと外接する音響部材の部分で、該音響部材に連結され、前記部分の高周波数撓み波動作を引き起こすように適合されることができる。第２の変換器は、前記ボイスコイルの軸からずれた位置にあるものとすることができる。
【００１８】
前記ボイスコイルを音響部材に取り付ける結合手段が提供され、該結合手段は非円形形状のフットプリントを有することができる。
【００１９】
ボイスコイルと外接する音響部材の部分は、該ボイスコイルの外側にある音響部材の部分よりも剛性があるものとすることができる。音響部材の撓み剛性は、非等方性であるものとすることができる。音響部材は、湾曲しているか、皿形の形状か、或いは撓み剛性が大きくなるように形成されてもよい。
【００２０】
ラウドスピーカは、音響部材を囲む部分と、電気力学的変換器を支持する別の部分とを有するシャシを含み、音響部材とシャシ部分の間で接続され、音響部材をシャシ上で弾性支持する手段を更に含むことができる。支持手段は、シャシと音響部材の周縁との間で接続されることができる。弾性支持は、音響部材に質量を装荷するように適合されることができる。弾性支持は、音響部材を減衰するように適合されることができる。弾性支持は少なくとも部分的に音響放射体のスキンによって形成されることができる。
【００２１】
音響部材は、音響エネルギーが放射される前側面を有することができ、前記ボイスコイルと外接する音響部材の部分の上に配置された音響マスク手段を含むことができ、該マスク手段は音響開口を形成する。
【００２２】
電気力学的可動コイル変換器は、音響部材の幾何学的中心からずれた位置にあるものとすることができ、音響部材上に平衡質量を提供することができる。
【００２３】
ダイアフラム上の大面積ボイスコイルの動きによって、周波数領域の一部を少なくとも上回る、結果として軸上での大きな放射をもたらす励振モードの分布を生成することができる。出力音響のゾーニングのような幾つかの用途においては、これは有効であるが、多くの用途では軸外の出力が望ましい。軸外出力を改善する１つの手法は、コインシデンス周波数の近傍又はそれを超える撓み波周波数でパネルを励振することである。
【００２４】
コインシデンス周波数とは、プレート内の撓み波速度が空気中の音速に等しいときの周波数である。この周波数を超えると、プレート内の撓み波速度が空気中の速度を超えて、この超音速の振動により、軸外の強い指向性放射を引き起こす可能性がある。実際、コインシデンス周波数においては、周波数が高くなるにつれ、放射は軸上の方向に近づく送出角度で直接軸外に送出される。プレートのコインシデンス周波数は、その撓み剛性（Ｂ）と質量密度（ｍｕ）とによって決定されることができる。これらのパラメータは、大面積のボイスコイルから結果として生じる放射パターンの狭小化が、コインシデンス周波数を超える撓み波振動により軸外に送出される追加のエネルギーによって、少なくともある程度まで補償されるように変化することができる。
本発明のラウドスピーカはフルレンジ装置として動作するように適合されることができる。
【００２５】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、例証として添付の図面で図式的に示される。
図１と図２には、例えばエンクロージャ（以下の図３及び図４参照）内のバッフルに取り付けられるように適合された、ラウドスピーカの駆動モータ（１）が示されており、該駆動モータは、例えば高張力シート材料のスキンの間にサンドイッチされたコアを含む、剛性軽量材で作られた円形で平らなダイアフラムを備えており、高周波数において撓み波共振装置として、ピストン運動及び撓みの両方で作動するように意図された音響部材、すなわち放射体を形成する。ダイアフラムの直径によって、周波数帯域又は少なくともその分散角度が高周波数に限定される（以下の図２５を参照）従来のピストン式駆動器、及びダイアフラムのサイズを極めて大きくしない限り、約２００Ｈｚ未満の周波数においてロールオフする傾向にある撓み波駆動器と違って、このような方法で本発明の駆動モータは、広範な音響分散で、オーディオスペクトル全体を実質的にカバーするフルレンジ装置として作動することができる。
【００２６】
概して従来の方法においては、ダイアフラム（２）は、例えば、離間した複数の固定孔（５）を有する環状フランジ（４）を備えて前部に形成された金属製のシャシすなわちバスケット（３）内に支持され、該固定孔によってシャシをラウドスピーカのエンクロージャの適切な開口（以下の図３及び４を参照）内に固定することができる。例えばゴム状材料からなる波形支持（６）は、ダイアフラムの外周を取り巻いて接着剤で固定され、且つクランプリング（７）を用いて環状フランジにクランプされ、これによりダイアフラムが、シャシに対してピストン運動することができる。
【００２７】
シャシは、電気力学的可動コイル変換器（８）を支持して、ダイアフラムにピストン運動をさせ、例えば、ＷＯ９７／０９８４２に全体的に記載された方法でダイアフラムに撓み波エネルギーを付与して、該ダイアフラムに共振を引き起こす。変換器は、シャシに固定されてダイアフラムと同心の環状ギャップ（１０）を形成するマグネット組立体（９）と、環状ギャップ内で軸方向に動くために取り付けられ、カプラリング（１２）によってダイアフラムに同心状に固定されたボイスコイル巻型組立体（１１）とを備える。一般的に従来の方法において、波形支持スパイダ（１３）は、ボイスコイル組立とシャシの間に固定され、環状ギャップ内におけるボイスコイルの適切な軸方向の動きが確保されるようになる。
【００２８】
ボイスコイルの直径は撓み波の波長と比較して大きく、その結果、ボイスコイルの直径が小さな電気力学的励振器を使用する撓み波型放射体では標準である点駆動の代わりに、ダイアフラムに対して線駆動とされる。この線駆動により、ボイスコイルに生じる機械的駆動インピーダンスが大幅に増加し、この高い機械的駆動インピーダンスにより、高周波数が早期にロールオフすること無く、システムが比較的高質量のボイスコイルに耐えることが可能となる。更に、ボイスコイルの直径が大きいので、ダイアフラムのパネルの剛性を操作できるようになり、ダイアフラムの一部がボイスコイルと外接して、直径の小さなボイスコイルで発生する可能性のある単一の支配的なドラムモードの替わりに、多重モードを有することができるようになる。図１から分かるように、ダイアフラムの内側部（１６）はボイスコイルと外接し、一方ダイアフラムの外側部（１７）はボイスコイルの外側に半径方向に延びている。
【００２９】
図１及び図２に示されるように、音響放射体の周波数応答を調整し、及び／又は平滑化するために、ボイスコイル直径の内側のダイアフラムに小質量体（１４、１５）が取り付けられる。このような質量体は常に不可欠ではないが、通常は望ましいものとすることができる。これらの質量体は、別々のものとして示されているが、必ずしも別々である必要はない。これらの質量体の質量は、０．５ｇから１００ｇの範囲とすることができ、通常２から２０ｇの範囲とすることができる。１つ又はそれ以上の質量を与えることができる。
【００３０】
図１及び図２のラウドスピーカ駆動器の実施形態は、音響周波数帯を通してフラットな電圧伝達関数を有する増幅器に結合された場合の、ハイファイ・ラウドスピーカ用途のために最適化されてきた。これによってこの実施形態の設計基準の一部として、以下の設計パラメータが適用可能である。
【００３１】
変換器は、通気孔（１８）を有し、極片すなわち前面プレート（２０）上に銅製渦電流遮蔽部（１９）を有する、低インダクタンスのモータシステムに取り付けられた、直径７５ｍｍの大きなボイスコイルを有する。図２は、ネオジウム製のマグネットリング（２１）の断面を示し、マグネットカップ（２２）と前面プレート（２０）とを備えたスチール製の磁気回路内の中心に取り付けられ、結果として平均０．８ＴのＢフィールドが生じる。ボイスコイル（１１）は、マグネット前面プレート（２０）の上に覆い被り、オーバーハング配置となる。高さ１４．５ｍｍのアルミニウム巻線から成るボイスコイルは、０．１ｍｍ厚さのアルミニウム巻型上に巻かれる。ボイスコイルのパラメータは下記の通りである。
心棒すなわち巻型の直径＝７５ｍｍ
コイル層の数＝２
線径＝０．３ｍｍ
巻数＝７１
【００３２】
カプラリング（１２）は、ボイスコイルとダイアフラムとの間に、確実な境界面を形成する必要がある。これはボイスコイルの内側に入れ子状にする。２．５ｍｍオーバーラップさせることにより、カプラとボイスコイル巻型との間に良好な接着領域が形成される。カプラリングはボイスコイルの有効長さを１．７ｍｍだけ延ばし、リング幅３．５ｍｍでダイアフラムと結合する。これは図２に示される。カプラリングの材料は、質量３．４ｇの、例えばＡＢＳのような市販銘柄の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂である。ボイスコイルとカプラ間の接着用として、耐熱シアノアクリレート（Ｌｏｃｔｉｔｅ　４２１２）が使用される。これはまた、カプラをダイアフラムに接着するのにも使用される。
【００３３】
カプラリングを有するモータシステムの動的パラメータは、以下の通りである。
Ｍｍｓ＝１１ｇ（ボイスコイル組立体の可動質量）
Ｒｍｓ＝１．９５Ｎｓ／ｍ（支持の機械抵抗）
Ｂｌ＝８．１Ｔｍ（モータの変換要素）
Ｒｅ＝６．５オーム（ボイスコイルの直流抵抗）
Ｆｓ＝４０Ｈｚ（システムの質量バネ共振）
Ｌｅ＝０．２ｍＨ（１ｋＨｚにおけるボイスコイルのインダクタンス係数）
【００３４】
パラメータと一緒に使用されるダイアフラムの材料は以下の通りである。
材料＝Ｒｏｔｒｅｘ　Ｌｉｔｅ　５１ＬＳ（商標）３．５ｍｍ、（ガラス被覆／熱可塑性スキンを有する硬質独立気泡ポリメタクリルイミド熱可塑性発泡樹脂の３．５ｍｍ厚さの５１ＬＳ銘柄非圧縮性のＲｏｈａｃｅｌｌ（商標）コア）、直径＝１２０ｍｍ
【００３５】
パラメータは以下の表１に示される。
【表１】
表１

【００３６】
表１に示されたパラメータから、最大動作周波数すなわち２０ｋＨｚにおけるパネルの波長が計算できる。この計算により、２．１Ｎｍの平均撓み剛性に基づいて、２８ｍｍの波長が得られる。従ってボイスコイルの直径は、最大動作周波数における波長の２．７倍である。従来技術の撓み波スピーカでは、第１の開口共振はボイスコイル内の半波長に相当する。
【００３７】
このパネルのコインシデンスローブ（ｌｏｂｅ）により、上記の表１に示されたコインシデンス周波数に近い、又はそれを超える、軸外の強い音響出力がもたらされる。図２５の指向性プロットに示されるように、細線すなわち軌跡（４５）は、ダイアフラム直径が３００ｍｍの本発明によるスピーカのプロットであり、太線の軌跡（４４）は、ダイアフラム直径が２５０ｍｍの従来のピストン型ダイアフラムのものである。
【００３８】
シャシは、変換器（８）を支持するためのアルミニウムの裏板（２３）からなり、該裏板は前面フランジ（４）につながっている。クランプリング（７）をフランジ（４）に固定するために、アレンボルト（図示せず）が使用される。
【００３９】
ダイアフラムに固定された一対の質量体（１４、１５）は、２ｋＨｚ近辺における、ダイアフラムの内側部分内の第１のドラムモードを平滑化するものである。
モータ駆動ユニットのパラメータは次の通りである。
ｄＤ＝１４ｃｍ（放射領域の直径（周縁の中心間））
Ｍｍｓ＝２７ｇ（ボイスコイル及びダイアフラム組立体の可動質量）
Ｒｍｓ＝２．４Ｎｓ／ｍ（支持の機械抵抗）
Ｂｌ＝８．１Ｔｍ（モータの変換係数）
Ｒｅ＝６．５オーム（ボイスコイルの直流抵抗）
Ｆｓ＝３３Ｈｚ（システムの質量バネ共振）
Ｌｅ＝０．２ｍＨ（１ｋＨｚにおけるボイスコイルのインダクタンス係数）
【００４０】
図３と図４は、図１及び図２の駆動ユニット用の、傾斜した前面（２４）と側面（２６）とを有するラウドスピーカのエンクロージャ（２４）を示す。駆動ユニット又はモータを収容するために、前面（２５）に開口（２７）が設けられる。エンクロージャには、１７リットルの容積を設け、平坦な位置合わせを最大限に与えるように設計されてきた。エンクロージャの形状は、内部エンクロージャの定常波をスミアするように選定されるが、これはスピーカの設計と作動に対しては必須のものではない。エンクロージャは、１８ｍｍの中間密度のファイバーボード（ＭＤＦ）で構成される。接合は、接着（ＰＶＡ木工用接着剤を使用して）、及び気密シールのためのネジ止めにより行なわれる。
【００４１】
スピーカの上記の実施形態について、無響室でマイクロフォンを（ダイアフラムの軸線上で）１ｍに置いて、２．８３ｖで以下の計測がなされた。図５に示される計測において、約２００Ｈｚ未満で誤差が発生するので、低周波数特性を示す近接音場の計測値を図６に示す。
【００４２】
図１及び図２の実施形態が、単一の大きな直径のボイスコイル駆動器を使用する間は、ラウドスピーカの高周波数レベル及び／又は延長及び指向性特性を改善するために、補助的な励振装置を使用することができる。補助的な励振器は、より小さな放射領域を提供するように、ダイアフラム上の任意の場所に配置することができる。大きい面積の又は小さい面積の或いは帯状の形状の圧電装置、又は小さな可動コイル装置を使用することができる。これは図７から図９に示される。図７において、円形の圧電板振動励振器（２８）がダイアフラム（２）の中心に、及びボイスコイル（１１）の直径の内側に取り付けられているのが分かるであろう。図８の実施形態において、圧電帯状振動励振器（２９）は、ダイアフラム（２）上に同心状に、及びボイスコイル（１１）の直径の内側に取り付けられている。図９において、円形板振動励振器（３０）は、ボイスコイル直径（１１）の内側のダイアフラム（２）上に、中心からずれて取り付けられている。
【００４３】
ボイスコイルの可動質量は、スピーカの高周波数拡大部に殆ど影響しないことが分かる。従って、本発明は、軽量のボイスコイルに限定されない。これは、撓み波スピーカの小さい駆動領域すなわち点駆動の設計から現在は除外されている、可動マグネットモータシステム、及び／又はボイスコイル組立体とダイアフラム間の比較的高質量のカプラリングを適用する範囲を意味する。これにより、ボイスコイル・リングを別の有利な形状に変える複合カプラの設計が可能になり、その結果性能が改善される。三角形、長方形、及び楕円形のカプラリングの実施例が、図１０から図１２に参照番号（３１）から（３３）でそれぞれ示されている。これらの形状には、励振されたモード分布上の意味があり、従って指向性の意味がある。例えば図１３に示されるように、長方形のダイアフラム（３４）が選択された場合、ダイアフラム側に対してある角度だけ回転された長方形のカプラリング（３２）と共に、これは更に不規則な様式のパターンをダイアフラムに提供することができる。また、これにより軸上及び軸外の周波数特性も更に改善することができる。
【００４４】
図１及び図２の実施例において、ボイスコイルの直径は７５ｍｍである。これは設計仕様に応じて拡大及び縮小することが可能である。設計仕様により、ゾーニング用途向けに狭い指向性が要求される場合、波速が遅いパネル、すなわち非常に高いＦｃを有するパネルに結合された大きなボイスコイルを使用することができる。反対に広い指向性が要求された場合、線駆動の基準内の小さなボイスコイルを使用することができる。しかしながら、音響帯域幅全体を通して一定の圧力を維持するために、これには電気的に高い周波数ブーストが要求される。
【００４５】
上記の図１３に示されるように、本発明は、図１及び図２の実施形態に示された円形形状のパネルに限定されない。パネルの幾何形状に起因して種々のモード形状が結果として生じることから、指向性及び／又は周波数応答の点で他の形状を有利とすることができる。パネル内でのモード形状が複雑になる程、音響出力の指向性が小さくなることが予想される。実施例として、正方形、長方形、及び六角形のパネルが含まれる。
【００４６】
また、図１４に示されるように、本発明は低周波数においてダイアフラムの純粋なピストン運動には制約されず、低周波数では擬似鼓膜とすることができる。ダイアフラム（３４）は大きな放射パネルとすることができる。これにより、対向する矢印で示されるような双極子低音域応答を与える自己バッフル手段を提供することになる。パネル端部は、自由か又はクランプされているものとすることができる。
【００４７】
本発明は、平坦なダイアフラム、又は単一の材料形式に制約されるものではない。ダイアフラムの輪郭及び形状を用いて、モード運動を変更することができる。例えば、ボイスコイルと外接するダイアフラムの一部は、異なる材料でもよく、又は同じ材料でも厚い材料又は薄い材料で構成されてもよい。例示的な実施形態が、図１５から図１８に示される。輪郭によってダイアフラムに剛性を付与することができる。また、材料の等方性を利用することにより剛性を変化させることができる。従って図１５において、ダイアフラム（２）の内側部分（１６）は、底面を皿状に凹ませることによって薄くされる。図１６において、ダイアフラム（２）の内側の部分（１６）は厚くされている。図１７において、ダイアフラム（２）の内側の部分（１６）は、ダイアフラムの外側の部分（１７）よりも均一に薄くなっている。図１８において、ダイアフラム（２）の外側の部分（１７）は、図の左側に示されるように、内側部分に向かって厚さが徐々に薄くなり、図の右側に示されるように、厚さが変化する湾曲した輪郭で形成されている。
【００４８】
ダイアフラム周縁が音響特性に影響するのが分かる。ピストン領域及びモード領域は両方とも、周縁の材料特性を変更することによって変化させることができる。特に、図１９の（３６）に示されるように、ダイアフラムの周辺に質量体が付与されると、高周波数特性を改善することができる。ダイアフラムの端部減衰は、そのモード運動を制御するために適用することができる。図２０の（３７）によって示されるように、これは表面処理の形態か、又は端部減衰が周縁のフットプリントによるものとすることができる。複数のパネルスキン、又はその一つを使用して、図２１に示されるように、周縁を形成することができる。この実施形態では、ダイアフラムは、コア（３８）と、該コアを覆うスキン（３９、４０）とを含む。下側スキン（４０）は、周縁又は支持（６）を形成するために延びている。これはコスト的に有利である。また、利点として、ダイアフラムの低損失終端部を含む。
【００４９】
コインシデンス周波数（ｆｃ）近傍又はそれよりも大きい周波数における放射が、高周波数における指向性を拡げるための好適な実施形態で使用される。しかしながら、コインシデンスは、スペクトルの両端で設定することができる。パネルの剛性を増大させ、及び／又はコインシデンス周波数を低下させると、指向性が拡がりモード領域感度が改善される。
【００５０】
例えばＦｃの約２倍において、等方性のダイアフラムを使用すると、両平面の同じ位置に側面ローブが与えられることになる。非等方性パネルを使用すると、コインシデンスを別の平面に別個に設定することができ、従って平滑な全パワー応答を与えることができる。
【００５１】
例えば質量又はボイスコイルのようなパネルに結合される機械的構成要素によって、機械的濾過手段を提供することができる。ボイスコイルカプラとパネルとの間にインターフェースを配置することにより、周波数応答を変更することができる。また、受動要素の緩い電気的勾配又は増幅器転送機能の緩い勾配／高い周波数ブーストを使用して、装置の音響出力を変更することができる。
【００５２】
図１及び図２の実施形態においては、ボイスコイルがダイアフラムに固定されている環状領域から干渉性の音が放射する。これは、空気中の波長に対して放射領域が大きいことにより、高い周波数のビームを生じる可能性がある。図２２に示すように、高周波数における指向性を拡げるために、シャシ（３）上に取り付けられた支持体（４３）上のダイアフラム（２）の内側部分（１６）上に、小さな開口（４２）を有するマスク（４１）を載置して、該ダイアフラムを小さな放射領域に変えることができる。この効果は、装置の後部から計測されたときに確認された。図１及び図２の実施形態においては、モータシステム内の通気孔（１８）は、後方の放射と関連してマスクの開口を形成する。
【００５３】
必要があれば、図２３に示されるように、ダイアフラム内で励振される共振モード分布を改善するために、ロッキングを防止するためにダイアフラム上に配置される平衡質量体（３５）と共に、ボイスコイル（１１）をダイアフラム（２）上の中心から外れた位置に配置することができる。
【００５４】
図２４に示されるように、ダイアフラム（２）は平坦である必要はなく、皿形或いは剛性を増大させるように形成されてもよい。これは図に示すように、ダイアフラムの端部に向かって剛性が大きくなるように、ダイアフラム全体にわたって曲率が変化する形状とすることができる。ダイアフラムのこの曲率又は輪郭は、ダイアフラムのスケーリングに役立ち、一方でｆｃが一定に保たれ、特に大きなダイアフラムの場合、モードの移行に対してピストンを平滑化する上でも有利とすることができる。
【００５５】
図２６には、変換器のボイスコイル（図示せず）によって駆動される円形ダイアフラム（２）が示されており、該ダイアフラムは、図１及び図２の実施例のカプラリング（１２）に相当する直線カプラ（４６）を有しており、該カプラは、ボイスコイルとダイアフラムとの間に連結されて、直線の駆動接合部を形成する。カプラ（４６）は、ダイアフラムの直径上に構成及び配置され、該カプラの両端は、ダイアフラムの対向する端部から等距離に配置されている。
【００５６】
図２７には、変換器のボイスコイル（図示せず）によって駆動される長方形のダイアフラム（２）が示されており、該ダイアフラムは、ボイスコイルとダイアフラムの間に連結されて直線の駆動接合部を形成する直線のカプラ（４６）を備えている。カプラ（４６）は、ダイアフラムの中心を外れた位置に配置され、ダイアフラムの両側に対して傾斜している。
【００５７】
（産業上の利用可能性）
従って、本発明は、撓み波スピーカの周波数帯域幅を拡大する効果的な方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ラウドスピーカの駆動モータの正面図である。
【図２】
図１の駆動モータの横断面図である。
【図３】
ラウドスピーカのエンクロージャの正面図である。
【図４】
ラウドスピーカのエンクロージャの側面図である。
【図５】
周波数応答のグラフである。
【図６】
近接音場の低音域周波数応答のグラフである。
【図７】
補助の振動励振器を有するダイアフラムの実施形態の正面図である。
【図８】
補助の振動励振器を有するダイアフラムの実施形態の正面図である。
【図９】
補助の振動励振器を有するダイアフラムの実施形態の正面図である。
【図１０】
ダイアフラムの別の実施形態の正面図である。
【図１１】
ダイアフラムの別の実施形態の正面図である。
【図１２】
ダイアフラムの別の実施形態の正面図である。
【図１３】
ダイアフラムの別の実施形態の正面図である。
【図１４】
ダイアフラムの別の実施形態の斜視図である。
【図１５】
ダイアフラムの実施形態の断面図である。
【図１６】
ダイアフラムの実施形態の断面図である。
【図１７】
ダイアフラムの実施形態の断面図である。
【図１８】
ダイアフラムの実施形態の断面図である。
【図１９】
ダイアフラム周縁又は支持の実施形態の断面を示す。
【図２０】
ダイアフラム周縁又は支持の実施形態の断面を示す。
【図２１】
ダイアフラム周縁又は支持の実施形態の断面を示す。
【図２２】
スピーカ駆動モータの実施形態の断面図である。
【図２３】
ダイアフラムの実施形態の正面図である。
【図２４】
ダイアフラムの実施形態の断面図である。
【図２５】
従来のピストン式スピーカの応答と本発明のスピーカの応答を比較する極座標図である。
【図２６】
ボイスコイル／ダイアフラムラインの駆動接合の別の実施形態の正面図である。
【図２７】
ボイスコイル／ダイアフラムラインの駆動接合の別の実施形態の正面図である。[0001]
(Technical field)
The present invention relates to a flexural panel loudspeaker, such as a resonant flexural panel speaker of the type exemplified in WO 97/09842, and a drive motor for the loudspeaker.
[0002]
(Background technology)
In making an electrodynamic, or moving coil, vibration transducer for flexural panel speakers, today's thinking about voice coil size and mass is generally that of the tweeter coil of a conventional piston speaker. There is a tendency to use small diameter, low mass voice coil systems. For example, in flexural wave panels exemplified in WO 98/39947, or in certain applications driving diaphragms, where the panel is intended to be driven primarily so as to be operable in both piston and flexure fashion. With a small-diameter voice coil, problems related to output operation and deviation may occur.
[0003]
With such a small-diameter voice coil, the impedance (Zm) at the driving point approaches the impedance of the panel driven at a single point. At higher frequencies, Zm oscillates in a mode structure, but on average approaches the value of a constant, infinite panel, given by:
(Equation 1)

[0004]
As a result of the mass (Mc) of a given voice coil, there is a high frequency limit (f (b)) where the rising impedance of this mass exceeds a certain driving point impedance. This frequency is given by:
(Equation 2)

[0005]
As a result, according to the above equation, the mass of the voice coil on the known flexural panel is kept low.
[0006]
An obvious way to keep the turnover frequency high in the audio band is to increase Zm or decrease Mc. It has only been found that the diameter of the voice coil has heretofore been slightly increased so that cell cap, drum mode and resonance dominates, causing premature roll-off.
[0007]
Another drawback to low mass voice coils for piston driven panels is sensitivity and bandwidth. In order to maintain a practical low frequency bandwidth in a practical enclosed volume, the diaphragm mass needs to be large. Therefore, in order to increase and maintain the sensitivity, it is necessary to increase the B1 force coefficient. A driver with a high B1 usually depends on the number of turns to increase the B1 product and thus increases the voice coil mass.
[0008]
Another direction is to use a downwardly projecting vibration exciter design that relies on magnets to increase the B1 product and thus keep the voice coil mass low. This has been tested with a voice coil having a diameter of 25 mm and increased stiffness at the driving point. However, output manipulation and deflection were still limited.
[0009]
It is known from WO 97/09842 to provide a flat panel loudspeaker which operates with piston movement at low frequencies and resonates at high frequencies. Also provided is a loudspeaker having a moving coil transducer and a diaphragm having the same diameter, wherein a voice coil is arranged to drive the diaphragm around the periphery, US-A-4,542,383. Known from.
[0010]
(Disclosure of the Invention)
According to the present invention, an electrodynamic movable having a panel-shaped acoustic member intended to operate as a flexural wave radiator and a voice coil attached to the acoustic member for exciting flexural wave vibrations with the acoustic member. A coil transducer, wherein the joint between the voice coil and the acoustic member is of sufficient length to exhibit a linear drive relative to the size of the acoustic member, such that the acoustic member is associated with a bending wave frequency. A loudspeaker characterized by having a mechanical impedance that is high on average. The joint between the voice coil and the diaphragm is circular and the joint is substantially continuous.
[0011]
As used herein, a "sufficiently long voice coil joint" refers to a sound whose length or diameter in the case of a circular joint is defined by the joint or circumscribed by the voice coil at the maximum operating frequency of the loudspeaker. It is at least equal to the deflection wavelength in the part of the member.
[0012]
The mechanical impedance of the panel is equivalent to the ratio of force to velocity at this point applied to a single point. If the panel is driven by a force acting on the line, the effective mechanical impedance is the ratio of the total force applied on the line to the resulting velocity averaged over the length of the line. In the present description and in the claims, the term "mechanical impedance" is used to describe this ratio for both excitation arrangements.
[0013]
It will be appreciated that with point driven plates or diaphragms, only infinite diaphragms have a truly constant Zm. A finite diaphragm has a Zm that oscillates near the value of the infinite diaphragm. Similarly, the mechanical impedance seen in a large area voice coil on the diaphragm oscillates in a mode structure, but increases with frequency on average.
[0014]
The portion of the acoustic member circumscribing the voice coil may have a different rigidity than the portion of the acoustic member outside the voice coil.
[0015]
The transducer can be configured to move the acoustic member in a global mode and apply bending wave energy to the acoustic member. The size, shape, and location of the joint between the voice coil and the acoustic member should be based on the mode distribution of the diaphragm or acoustic member in order to achieve a smooth transition from low-frequency global motion to high-frequency bending wave motion. Can be adjusted. By way of example, in the case of a circular diaphragm, when driven normally, the second resonance causes irregularities in the output. For a circular drive line, an effective outer circumference of the drive line can be selected at a position and size on or near the nodal circle of the second resonance. In this situation, the first resonance is the overall resonance, ie the resonance corresponding to the piston movement. By coupling to or near the nodal circle to the second resonance, the effect is reduced and the mode is driven weakly or not at all. Thus, the designer can adjust the drive parameters to improve the sound quality from low piston frequencies to modally dense regions at intermediate frequencies.
[0016]
A loading of mass within the diameter of the voice coil can be applied to the acoustic member. The acoustic member may have a non-circular shape. The voice coil of the transducer may be concentric with the geometric center of the acoustic member.
[0017]
The second transducer is coupled to the acoustic member at a portion of the acoustic member that circumscribes the voice coil and can be adapted to cause high frequency bending wave operation of the portion. The second transducer may be at a position offset from the axis of the voice coil.
[0018]
Coupling means are provided for attaching the voice coil to an acoustic member, which coupling means may have a non-circular shaped footprint.
[0019]
The portion of the acoustic member circumscribing the voice coil may be more rigid than the portion of the acoustic member outside the voice coil. The flexural rigidity of the acoustic member can be anisotropic. The acoustic member may be curved, dish-shaped, or formed with increased flexural rigidity.
[0020]
The loudspeaker includes a chassis having a portion surrounding the acoustic member and another portion supporting the electrodynamic transducer, wherein the means is connected between the acoustic member and the chassis portion to resiliently support the acoustic member on the chassis. May be further included. The support means can be connected between the chassis and the periphery of the acoustic member. The resilient support can be adapted to load the acoustic member with a mass. The resilient support can be adapted to damp the acoustic member. The elastic support can be formed at least in part by the skin of the acoustic radiator.
[0021]
The acoustic member may have a front side from which acoustic energy is radiated, and may include acoustic mask means disposed on a portion of the acoustic member circumscribing the voice coil, the mask means having an acoustic aperture. Form.
[0022]
The electrodynamic moving coil transducer can be off-center from the geometric center of the acoustic member and can provide a balanced mass on the acoustic member.
[0023]
Movement of the large area voice coil over the diaphragm can produce a distribution of excitation modes that at least exceed a portion of the frequency domain and result in large on-axis radiation. In some applications, such as zoning of output sound, this is useful, but for many applications off-axis output is desirable. One approach to improving off-axis power is to excite the panel at bending wave frequencies near or above the coincidence frequency.
[0024]
The coincidence frequency is a frequency when the speed of the bending wave in the plate is equal to the speed of sound in the air. Above this frequency, the bending wave velocity in the plate exceeds the velocity in air, and this supersonic oscillation can cause strong off-axis directional radiation. Indeed, at the coincidence frequency, as the frequency increases, radiation is delivered off-axis directly at a delivery angle approaching the on-axis direction. The coincidence frequency of a plate can be determined by its flexural rigidity (B) and mass density (mu). These parameters vary such that the resulting narrowing of the radiation pattern from the large area voice coil is compensated, at least to some extent, by the additional energy delivered off-axis by the bending wave vibrations above the coincidence frequency. be able to.
The loudspeaker of the present invention can be adapted to operate as a full range device.
[0025]
(Best Mode for Carrying Out the Invention)
The present invention is schematically illustrated by way of example in the accompanying drawings.
FIGS. 1 and 2 show a loudspeaker drive motor (1), for example adapted to be mounted on a baffle in an enclosure (see FIGS. 3 and 4 below), the drive motor comprising: It has a circular flat diaphragm made of rigid lightweight material, including a core sandwiched between skins of high tensile sheet material, for example, both piston motion and flexure as a flexural wave resonator at high frequencies. Form an acoustic member, ie a radiator, intended to work with The diameter of the diaphragm limits the frequency band, or at least its angle of dispersion, to high frequencies (see FIG. 25 below). Conventional piston drives and at frequencies below about 200 Hz unless the size of the diaphragm is significantly increased. Unlike bending wave drivers, which tend to roll off, in this way the drive motor of the present invention can operate as a full range device that covers substantially the entire audio spectrum with wide acoustic dispersion.
[0026]
In a generally conventional manner, the diaphragm (2) is, for example, in a metal chassis or basket (3) formed at the front with an annular flange (4) having a plurality of spaced fixing holes (5). And the fixing holes allow the chassis to be fixed in suitable openings in the loudspeaker enclosure (see FIGS. 3 and 4 below). A corrugated support (6), for example made of a rubber-like material, is fixed around the periphery of the diaphragm with an adhesive and clamped to an annular flange using a clamp ring (7), whereby the diaphragm is moved into a piston relative to the chassis. I can exercise.
[0027]
The chassis supports an electrodynamic moving coil transducer (8) to cause the diaphragm to piston and apply flexural wave energy to the diaphragm, for example, in a manner generally described in WO 97/09842. Resonance occurs in the diaphragm. A transducer is fixed to the chassis to form an annular gap (10) concentric with the diaphragm, and a magnet assembly (9) mounted for axial movement within the annular gap and coupled to the diaphragm by a coupler ring (12). A voice coil winding assembly (11) fixed concentrically. Generally, in a conventional manner, the corrugated support spider (13) is fixed between the voice coil assembly and the chassis to ensure proper axial movement of the voice coil in the annular gap.
[0028]
The diameter of the voice coil is large compared to the wavelength of the bending wave, so that instead of the point drive that is standard for bending wave radiators that use an electrodynamic exciter with a small voice coil diameter, the Line drive. This line drive significantly increases the mechanical drive impedance created in the voice coil, and the high mechanical drive impedance allows the system to withstand relatively high-mass voice coils without prematurely rolling off high frequencies. Becomes possible. In addition, the large diameter of the voice coil allows manipulation of the stiffness of the diaphragm panel, with a portion of the diaphragm circumscribing the voice coil and providing a single control that can occur with the small diameter voice coil. It becomes possible to have a multiplex mode instead of a typical drum mode. As can be seen from FIG. 1, the inner part (16) of the diaphragm circumscribes the voice coil, while the outer part (17) of the diaphragm extends radially outside the voice coil.
[0029]
As shown in FIGS. 1 and 2, small masses (14, 15) are mounted on the diaphragm inside the voice coil diameter to adjust and / or smooth the frequency response of the acoustic radiator. Such a mass is not always essential, but can usually be desirable. Although these masses are shown as separate, they need not be. The mass of these masses can range from 0.5 g to 100 g, usually from 2 to 20 g. One or more masses can be provided.
[0030]
The embodiments of the loudspeaker driver of FIGS. 1 and 2 have been optimized for Hi-Fi loudspeaker applications when coupled to an amplifier having a flat voltage transfer function through the acoustic frequency band. As a result, the following design parameters can be applied as part of the design criteria of this embodiment.
[0031]
The transducer is a large 75 mm diameter voice coil attached to a low inductance motor system with vents (18) and a copper eddy current shield (19) on the pole piece or front plate (20). Having. FIG. 2 shows a cross section of a neodymium magnet ring (21), mounted in the center of a steel magnetic circuit with a magnet cup (22) and a front plate (20), resulting in an average of 0.8 T B fields are generated. The voice coil (11) covers the magnet front plate (20) and is arranged in an overhang arrangement. A voice coil consisting of a 14.5 mm high aluminum winding is wound on a 0.1 mm thick aluminum former. The voice coil parameters are as follows.
Mandrel or winding diameter = 75 mm
Number of coil layers = 2
Wire diameter = 0.3mm
Number of turns = 71
[0032]
The coupler ring (12) needs to form a secure interface between the voice coil and the diaphragm. This is nested inside the voice coil. The 2.5 mm overlap forms a good bonding area between the coupler and the voice coil former. The coupler ring extends the effective length of the voice coil by 1.7 mm and couples with the diaphragm with a ring width of 3.5 mm. This is shown in FIG. The material of the coupler is a commercially available thermoplastic or thermosetting resin such as, for example, ABS, weighing 3.4 g. Heat-resistant cyanoacrylate (Loctite 4212) is used for bonding between the voice coil and the coupler. It is also used to glue the coupler to the diaphragm.
[0033]
The dynamic parameters of the motor system with the coupling are as follows:
Mms = 11 g (movable mass of voice coil assembly)
Rms = 1.95Ns / m (mechanical resistance of support)
Bl = 8.1 Tm (motor conversion element)
Re = 6.5 ohm (DC resistance of voice coil)
Fs = 40Hz (mass spring resonance of system)
Le = 0.2 mH (inductance coefficient of voice coil at 1 kHz)
[0034]
The diaphragm materials used with the parameters are as follows:
Material = Rotrex Lite 51LS ™ 3.5 mm, (3.5 mm thick 51LS grade incompressible Rohacell ™ core of rigid closed cell polymethacrylimide thermoplastic foam with glass coating / thermoplastic skin) , Diameter = 120mm
[0035]
The parameters are shown in Table 1 below.
[Table 1]
Table 1

[0036]
From the parameters shown in Table 1, the panel wavelength at the maximum operating frequency, ie, 20 kHz, can be calculated. This calculation gives a wavelength of 28 mm based on an average flexural rigidity of 2.1 Nm. Thus, the diameter of the voice coil is 2.7 times the wavelength at the maximum operating frequency. In prior art bending wave speakers, the first aperture resonance corresponds to a half wavelength in the voice coil.
[0037]
The coincidence lobes of this panel provide strong off-axis acoustic output near or above the coincidence frequencies shown in Table 1 above. As shown in the directivity plot of FIG. 25, the thin line or locus (45) is a plot of a loudspeaker according to the present invention with a diaphragm diameter of 300 mm and the thick line locus (44) is a conventional piston with a diaphragm diameter of 250 mm. Of a mold diaphragm.
[0038]
The chassis consists of an aluminum back plate (23) for supporting the transducer (8), which connects to the front flange (4). Allen bolts (not shown) are used to secure the clamp ring (7) to the flange (4).
[0039]
A pair of masses (14, 15) fixed to the diaphragm smoothes the first drum mode in the inner part of the diaphragm around 2kHz.
The parameters of the motor drive unit are as follows.
dD = 14 cm (diameter of radiation area (between centers of peripheral edges))
Mms = 27g (movable mass of voice coil and diaphragm assembly)
Rms = 2.4 Ns / m (mechanical resistance of support)
Bl = 8.1 Tm (motor conversion coefficient)
Re = 6.5 ohm (DC resistance of voice coil)
Fs = 33Hz (system mass spring resonance)
Le = 0.2 mH (inductance coefficient of voice coil at 1 kHz)
[0040]
FIGS. 3 and 4 show a loudspeaker enclosure (24) having an inclined front surface (24) and side surfaces (26) for the drive unit of FIGS. 1 and 2. FIG. An opening (27) is provided in the front surface (25) to accommodate the drive unit or motor. The enclosure has a 17 liter volume and has been designed to maximize flat alignment. The shape of the enclosure is chosen to smear the standing wave of the inner enclosure, but this is not essential for speaker design and operation. The enclosure is constructed of 18 mm medium density fiberboard (MDF). The joining is done by gluing (using PVA woodworking glue) and screwing for a hermetic seal.
[0041]
For the above embodiment of the loudspeaker, the following measurements were taken at 2.83v with the microphone at 1m (on the axis of the diaphragm) in an anechoic chamber. In the measurement shown in FIG. 5, since an error occurs at less than about 200 Hz, FIG. 6 shows a measured value of a near sound field showing low frequency characteristics.
[0042]
While the embodiments of FIGS. 1 and 2 use a single large diameter voice coil driver, auxiliary excitation to improve the loudspeaker's high frequency level and / or extension and directivity characteristics. The device can be used. The auxiliary exciter can be located anywhere on the diaphragm to provide a smaller emission area. Large or small area or strip shaped piezoelectric devices or small moving coil devices can be used. This is shown in FIGS. In FIG. 7, it can be seen that a circular piezoelectric plate vibration exciter (28) is mounted in the center of the diaphragm (2) and inside the diameter of the voice coil (11). In the embodiment of FIG. 8, the piezoelectric strip vibration exciter (29) is mounted concentrically on the diaphragm (2) and inside the diameter of the voice coil (11). In FIG. 9, the circular plate vibration exciter (30) is mounted off-center on the diaphragm (2) inside the voice coil diameter (11).
[0043]
It can be seen that the movable mass of the voice coil has almost no effect on the high frequency expansion part of the speaker. Therefore, the invention is not limited to lightweight voice coils. This is a range that applies moving magnet motor systems and / or relatively high mass couplings between the voice coil assembly and the diaphragm, which are currently excluded from the small drive area or point drive design of flexural wave speakers. Means This allows for the design of composite couplers that transform the voice coil ring into another advantageous shape, resulting in improved performance. Examples of triangular, rectangular, and elliptical couplers are shown in FIGS. 10-12 with reference numerals (31)-(33), respectively. These shapes have a significant effect on the excited mode distribution, and therefore have directivity. If, for example, a rectangular diaphragm (34) is selected, as shown in FIG. 13, with a rectangular coupler (32) rotated by an angle with respect to the diaphragm side, this will result in a more irregular pattern of patterns. Can be provided to the diaphragm. In addition, the on-axis and off-axis frequency characteristics can be further improved.
[0044]
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the diameter of the voice coil is 75 mm. It can be scaled up or down according to design specifications. If the design specifications require narrow directivity for zoning applications, a large voice coil coupled to a panel with a slow wave velocity, ie, a panel with a very high Fc, can be used. Conversely, if a wide directivity is required, a small voice coil within the line drive criteria can be used. However, to maintain a constant pressure throughout the acoustic bandwidth, this requires an electrically high frequency boost.
[0045]
As shown in FIG. 13 above, the present invention is not limited to the circular panels shown in the embodiments of FIGS. 1 and 2. Other shapes can be advantageous in terms of directivity and / or frequency response, as various mode shapes result due to the panel geometry. It is expected that the more complex the mode shape in the panel, the lower the directivity of the acoustic output. Examples include square, rectangular, and hexagonal panels.
[0046]
Also, as shown in FIG. 14, the present invention is not restricted to pure piston movement of the diaphragm at low frequencies, but can be a pseudo-tympanic ear at low frequencies. Diaphragm (34) can be a large radiating panel. This will provide a self-baffling means for providing a dipole bass response as indicated by the opposing arrows. The panel ends can be free or clamped.
[0047]
The present invention is not limited to a flat diaphragm or a single material type. The modal motion can be altered using the contour and shape of the diaphragm. For example, a part of the diaphragm circumscribing the voice coil may be made of a different material or may be made of the same material or a thick or thin material. Exemplary embodiments are shown in FIGS. The profile can add rigidity to the diaphragm. Further, the rigidity can be changed by utilizing the isotropy of the material. Therefore, in FIG. 15, the inner portion (16) of the diaphragm (2) is made thinner by making the bottom surface concave. In FIG. 16, the portion (16) inside the diaphragm (2) is thickened. In FIG. 17, the inner part (16) of the diaphragm (2) is uniformly thinner than the outer part (17) of the diaphragm. In FIG. 18, the outer portion (17) of the diaphragm (2) gradually decreases in thickness toward the inner portion as shown on the left side of the figure, and has a thickness as shown on the right side of the figure. Are formed with curved contours that vary.
[0048]
It can be seen that the periphery of the diaphragm affects the acoustic characteristics. Both the piston area and the mode area can be changed by changing the peripheral material properties. In particular, as shown in (36) of FIG. 19, when a mass is provided around the diaphragm, the high frequency characteristics can be improved. Diaphragm end damping can be applied to control its modal motion. This can be in the form of a surface treatment, as shown by (37) in FIG. 20, or the edge attenuation can be due to the peripheral footprint. A plurality of panel skins, or one of them, can be used to form a perimeter, as shown in FIG. In this embodiment, the diaphragm includes a core (38) and skins (39, 40) covering the core. The lower skin (40) extends to form a perimeter or support (6). This is cost effective. Advantageously, it also includes a low loss termination of the diaphragm.
[0049]
Radiation at frequencies near or above the coincidence frequency (fc) is used in a preferred embodiment to enhance directivity at high frequencies. However, coincidence can be set at both ends of the spectrum. Increasing the panel stiffness and / or decreasing the coincidence frequency increases the directivity and improves the mode area sensitivity.
[0050]
For example, at about twice Fc, the use of an isotropic diaphragm will provide side lobes at the same location in both planes. The use of an anisotropic panel allows the coincidence to be set separately in another plane, thus giving a smooth overall power response.
[0051]
Mechanical filtering means can be provided by mechanical components coupled to the panel, such as masses or voice coils, for example. By placing an interface between the voice coil coupler and the panel, the frequency response can be changed. Also, a gentle electrical slope of the passive element or a gentle slope / high frequency boost of the amplifier transfer function can be used to alter the sound output of the device.
[0052]
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, coherent sound is emitted from an annular area where the voice coil is fixed to the diaphragm. This can result in high frequency beams due to the large emission area for wavelengths in air. As shown in FIG. 22, a small aperture (42) is provided on the inner part (16) of the diaphragm (2) on a support (43) mounted on the chassis (3) to increase the directivity at high frequencies. ) Can be mounted to convert the diaphragm into a small radiation area. This effect was confirmed when measured from the back of the device. In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the vent (18) in the motor system forms an opening in the mask in conjunction with the rearward radiation.
[0053]
If necessary, as shown in FIG. 23, to improve the resonance mode distribution excited in the diaphragm, a voice coil together with a balancing mass (35) placed on the diaphragm to prevent locking. (11) can be located off center from the diaphragm (2).
[0054]
As shown in FIG. 24, the diaphragm (2) need not be flat, but may be dish-shaped or formed to increase rigidity. This can be shaped such that the curvature changes throughout the diaphragm so that the stiffness increases toward the end of the diaphragm, as shown. This curvature or contour of the diaphragm helps to scale the diaphragm, while fc is kept constant, which can also be advantageous in smoothing the piston against mode transitions, especially for large diaphragms.
[0055]
FIG. 26 shows a circular diaphragm (2) driven by a voice coil (not shown) of the converter, which corresponds to the coupler ring (12) of the embodiment of FIGS. A linear coupler (46) coupled between the voice coil and the diaphragm to form a linear drive joint. A coupler (46) is constructed and arranged on the diameter of the diaphragm, with opposite ends of the coupler being equidistant from opposing ends of the diaphragm.
[0056]
FIG. 27 shows a rectangular diaphragm (2) driven by the voice coil (not shown) of the transducer, which is connected between the voice coil and the diaphragm and has a linear drive joint. And a straight coupler (46) forming The coupler (46) is located off center of the diaphragm and is inclined with respect to both sides of the diaphragm.
[0057]
(Industrial applicability)
Thus, the present invention provides an effective way to increase the frequency bandwidth of a bending wave speaker.
[Brief description of the drawings]
FIG.
It is a front view of the drive motor of a loudspeaker.
FIG. 2
FIG. 2 is a cross-sectional view of the drive motor of FIG.
FIG. 3
It is a front view of the enclosure of a loudspeaker.
FIG. 4
It is a side view of the enclosure of a loudspeaker.
FIG. 5
6 is a graph of a frequency response.
FIG. 6
6 is a graph of a bass frequency response of a near-field.
FIG. 7
FIG. 4 is a front view of an embodiment of a diaphragm having an auxiliary vibration exciter.
FIG. 8
FIG. 4 is a front view of an embodiment of a diaphragm having an auxiliary vibration exciter.
FIG. 9
FIG. 4 is a front view of an embodiment of a diaphragm having an auxiliary vibration exciter.
FIG. 10
FIG. 9 is a front view of another embodiment of the diaphragm.
FIG. 11
FIG. 9 is a front view of another embodiment of the diaphragm.
FIG.
FIG. 9 is a front view of another embodiment of the diaphragm.
FIG. 13
FIG. 9 is a front view of another embodiment of the diaphragm.
FIG. 14
FIG. 6 is a perspective view of another embodiment of the diaphragm.
FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the diaphragm.
FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the diaphragm.
FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the diaphragm.
FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the diaphragm.
FIG.
3 shows a cross section of an embodiment of a diaphragm perimeter or support.
FIG.
3 shows a cross section of an embodiment of a diaphragm perimeter or support.
FIG. 21
3 shows a cross section of an embodiment of a diaphragm perimeter or support.
FIG.
It is sectional drawing of embodiment of a speaker drive motor.
FIG. 23
It is a front view of an embodiment of a diaphragm.
FIG. 24
FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the diaphragm.
FIG. 25
FIG. 4 is a polar coordinate diagram comparing the response of a conventional piston type speaker with the response of the speaker of the present invention.
FIG. 26
FIG. 9 is a front view of another embodiment of a voice coil / diaphragm line drive joint.
FIG. 27
FIG. 9 is a front view of another embodiment of a voice coil / diaphragm line drive joint.

Claims

A panel-shaped acoustic member intended to operate as a bending wave radiator;
An electrodynamic moving coil converter having a voice coil attached to the acoustic member to excite bending wave vibrations with the acoustic member;
Including
The bond between the voice coil and the acoustic member is of sufficient length for the size of the acoustic member to exhibit linear drive, so that the acoustic member increases with bending wave frequency A loudspeaker having a mechanical impedance.

The loudspeaker according to claim 1, wherein a joint between the voice coil and the acoustic member is circular.

The loudspeaker according to claim 1, wherein the joint between the voice coil and the acoustic member is substantially continuous.

The loudspeaker according to claim 2 or 3, wherein a portion of the acoustic member circumscribing the voice coil has a different rigidity from a portion of the acoustic member outside the voice coil.

A loudspeaker according to any of the preceding claims, wherein the acoustic member is also moved in global mode by the transducer.

A loudspeaker according to any of claims 2 to 5, including means for loading a mass on the acoustic member within the diameter of the voice coil.

The loudspeaker according to any of the preceding claims, wherein the acoustic member has a non-circular shape.

A loudspeaker according to any of the preceding claims, wherein the voice coil of the transducer is concentric with the geometric center of the acoustic member.

A portion of the acoustic member circumscribing the voice coil and including a second transducer coupled to the acoustic member, wherein the second transducer is adapted to cause high frequency bending wave operation of the portion. A loudspeaker according to any of the preceding claims, characterized in that:

The loudspeaker of claim 9, wherein the second transducer is at a position offset from the axis of the voice coil.

A loudspeaker according to any preceding claim, including coupling means for attaching the voice coil to the acoustic member, wherein the coupling means has a non-circular footprint.

The loudspeaker according to any one of the preceding claims, wherein a portion of the acoustic member circumscribing the voice coil has a higher rigidity than a portion of the acoustic member outside the voice coil.

The loudspeaker according to any one of the preceding claims, wherein the flexural rigidity of the acoustic member is anisotropic.

A chassis having a portion surrounding the acoustic member and another portion supporting the electrodynamic transducer, connected between the acoustic member and the chassis portion to resiliently support the acoustic member on the chassis; A loudspeaker according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises means for performing:

The loudspeaker according to claim 14, wherein the support means is connected between the chassis and a periphery of the acoustic member.

A loudspeaker according to claim 14 or claim 15, wherein the elastic support is adapted to load the acoustic member with a mass.

A loudspeaker according to any of claims 14 to 16, wherein the elastic support is adapted to attenuate the acoustic member.

A loudspeaker according to any of claims 14 to 17, wherein the elastic support is at least partially formed by a skin of the acoustic radiator.

The acoustic member has a front side from which acoustic energy is emitted, and includes acoustic mask means disposed on a portion of the acoustic member circumscribing the voice coil, wherein the mask means forms an acoustic aperture. A loudspeaker according to any of the preceding claims, characterized in that:

A loud according to any preceding claim, wherein the electrodynamic moving coil transducer is offset from a geometric center of the acoustic member and includes a balancing mass on the acoustic member. Speaker.

A loudspeaker according to any of the preceding claims, characterized in that it is adapted to operate as a full-range device.

The loudspeaker according to any one of the preceding claims, wherein the acoustic member has a dish-like shape or is formed so as to increase flexural rigidity.

A loudspeaker according to any preceding claim, wherein the acoustic member is configured to be excited at a deflection frequency near or greater than the coincidence frequency.

The mode distribution of the acoustic member such that the size, shape, or position between the voice coil and the acoustic member achieves a smooth transition from overall motion at low frequencies to resonant bending wave motion at high frequencies. A loudspeaker according to any of the preceding claims, characterized in that it is configured for: