特許 5736489 電気音響変換機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5736489

(24)【登録日】2015年4月24日

(45)【発行日】2015年6月17日

(54)【発明の名称】電気音響変換機器

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/34 20060101AFI20150528BHJP

   H04R 27/04 20060101ALI20150528BHJP

【ＦＩ】

   H04R1/34 310

   H04R1/34 320

   H04R27/04 A

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-109996(P2014-109996)

(22)【出願日】2014年5月28日

【審査請求日】2014年5月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】391040825

【氏名又は名称】羽田野 甫

(74)【代理人】

【識別番号】100081673

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100141483

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 生吾

(74)【代理人】

【識別番号】100166659

【弁理士】

【氏名又は名称】楠 和也

(72)【発明者】

【氏名】羽田野 甫

【審査官】 下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１０１４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６３５８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １／３４

Ｈ０４Ｒ ２７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前端が開口して後方に窪む凹曲面状に成形された音響フードと、
該音響フードから後方に一体的に延出され筒状ケースと、
前方に向けられた姿勢で前記筒状ケース内に少なくとも一部が収容された状態で支持されたマイクロフォン、該状態で支持された収容ケース内に前方に向けた状態で収容支持されたスピーカ、或いは該状態で支持されたボックス状の筐体内に振動板を設置してなるスピーカの少なくとも何れか１つから構成された変換装置とを備え、
前記音響フード内又は筒状ケース内の何れか一方、或いはこれらの境界に焦点が形成されるように該音響フードを成形し、
前記変換装置を、上記焦点側に配置し、前記筒状ケース内の少なくとも一部の空間に吸音材を充填し、
前記筒状ケースの少なくとも内周面を、後方に向かって断面積が小さくなるテーパ状に成形した
電気音響変換機器。

【請求項2】

筒状ケースの軸心に対する内周面の傾斜角であるテーパ角を下記式１の範囲に設定した
請求項１に記載の電気音響変換機器。

【数1】

ここで、θはテーパ角である。

【請求項3】

前記変換装置を筒状ケース内に収容し、
前記吸音材を、上記変換装置の外面と、筒状ケースの内面との間に形成された空間に充填した
請求項１又は２の何れかに記載の電気音響変換機器。

【請求項4】

前記収容ケースが、筒状ケースと同一軸心となる筒状に形成され、
前記吸音材を、収容ケースの外周面と、筒状ケースの内周面との間の空間に充填した
請求項１乃至２の何れかに記載の電気音響変換機器。

【請求項5】

マイクロフォンの外面と筒状ケースの内面との間に前記吸音材を直接充填することにより、該マイクロフォンを筒状ケース内に弾力的に支持するか、或いは前記吸音材を直接充填するとともに弾性部材を介在させることにより、該マイクロフォンを筒状ケース内に弾力的に支持した
請求項１乃至３の何れかに記載の電気音響変換機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

内側に焦点を有する凹曲面状の音響フードと、該焦点側に配置されたマイクロフォン又はスピーカとを備えた集音器又はスピーカ装置である電気音響変換機器に関する。

【背景技術】

【0002】

前端が開口して後方に窪む凹曲面状に成形された音響フードと、該音響フードから後方に一体的に延出された筒状ケースと、前方に向けられた姿勢で前記筒状ケース内に少なくとも一部が収容された状態で支持されたマイクロフォン又はスピーカからなる変換装置とを備え、前記音響フード内に焦点が形成されるように該音響フードを成形し、前記変換装置を、上記焦点側に配置した集音器又はスピーカ装置（電気音響変換機器）が従来公知である。

【0003】

このような構造の電気音響変換機器を集音器として用いる場合、音響フード内に入射した音波を、該音響フードの内面で反射させて焦点側のマイクロフォンに効率的に集めることができる一方で、該電気音響変換機器をスピーカ装置として用いる場合、焦点側のスピーカから放射された音波を、音響フードの内面で反射させて同一方向に出射させることが可能になる。

【0004】

ただし、音響フード内で、音波同士が干渉することに起因して、音を正確に電気信号に変換できない場合や、電気信号から正確に元の音に再現できない場合があるという欠点を有する。

【0005】

この欠点を改善するため、前記筒状ケース内の少なくとも一部の空間に吸音材を充填した電気音響変換機器が開発され、公知になっている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３２２３２３７号公報（図３、図５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記文献の電気音響変換機器では、音響フード内に入射して多重反射して焦点側に向かう音波や、焦点側のスピーカから筒状ケース内に放射された音波が、筒状ケース内の吸音材によって吸音されるため、音波同士の干渉を抑制することが可能になる一方で、状況によっては指向性が不足する場合がある。

【0008】

本発明は、内側に焦点を有する凹曲面状の音響フードと、該焦点側に配置されたマイクロフォン又はスピーカとを備え、音波同士の干渉を抑制し且つ指向性の高い電気音響変換機器を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、第１に、前端が開口して後方に窪む凹曲面状に成形された音響フードと、該音響フードから後方に一体的に延出され筒状ケースと、前方に向けられた姿勢で前記筒状ケース内に少なくとも一部が収容された状態で支持されたマイクロフォン、該状態で支持された収容ケース内に前方に向けた状態で収容支持されたスピーカ、或いは該状態で支持されたボックス状の筐体内に振動板を設置してなるスピーカの少なくとも何れか１つから構成された変換装置とを備え、前記音響フード内又は筒状ケース内の何れか一方、或いはこれらの境界に焦点が形成されるように該音響フードを成形し、前記変換装置を、上記焦点側に配置し、前記筒状ケース内の少なくとも一部の空間に吸音材を充填し、前記筒状ケースの少なくとも内周面を、後方に向かって断面積が小さくなるテーパ状に成形したことを特徴としている。

【0010】

第２に、筒状ケースの軸心に対する内周面の傾斜角であるテーパ角を下記式１の範囲に設定したことを特徴としている。

【0011】

【0012】

ここで、θはテーパ角である。

【0013】

第３に、前記変換装置を筒状ケース内に収容し、前記吸音材を、上記変換装置の外面と、筒状ケースの内面との間に形成された空間に充填したことを特徴としている。

【0014】

第４に、前記収容ケースが、筒状ケースと同一軸心となる筒状に形成され、前記吸音材を、収容ケースの外周面と、筒状ケースの内周面との間の空間に充填したことを特徴としている。

【0015】

第５に、マイクロフォンの外面と筒状ケースの内面との間に前記吸音材を直接充填することにより、該マイクロフォンを筒状ケース内に弾力的に支持するか、或いは前記吸音材を直接充填するとともに弾性部材を介在させることにより、該マイクロフォンを筒状ケース内に弾力的に支持したことを特徴としている。

【発明の効果】

【0016】

前記筒状ケースの少なくとも内周面を、後方に向かって断面積が小さくなるテーパ状に成形することによって、音波同士の干渉を抑制し、音響フードの軸方向に指向性を強めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の電気音響変換機器を適用したスピーカ装置の側断面図である。

【図2】図１に示すスピーカ装置の電気回路の構成を示す模式図である。

【図3】（Ａ）は比較例に係るスピーカ装置の指向性を示す特定グラフであり、（Ｂ）は図１，２に示すスピーカ装置の指向性を示す特定グラフである。

【図4】図１に示す電気音響変換機器に係る電気回路の他例の構成を示す模式図である。

【図5】本発明の電気音響変換機器を適用した集音器の側断面図である。

【図6】（Ａ）は比較例に係る集音器の指向性を示す特定グラフであり、（Ｂ）は図５に示す集音器の指向性を示す特定グラフである。

【図7】本発明の電気音響変換機器を適用したスピーカ装置の側断面図である。

【図8】筒状ケースの他の実施例を示す側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、本発明の電気音響変換機器を適用したスピーカ装置の側断面図である。電気音響変換機器の一種であるスピーカ装置１は、焦点Ｆを内側に有するように凹曲面状に成形されて一端側が開放された音響フード２と、該音響フード２の開放端と反対側の部分から該反対方向に突出した筒状ケース３と、該筒状ケース３内に少なくとも一部が収容され且つ焦点Ｆ側に配置されたスピーカ（変換装置）４とを備えている。

【0019】

上記音響フード２は、開放した方向（前方）に向かって径が徐々に拡大する回転体形状を有し、少なくとも音響フード２の内面（反射面）２ａは、音波を反射し易い素材で構成する必要があり、例えば、音響フード２の内面側のみを、この条件を満たす素材でコーティングしてもよい。ちなみに、音響フード２自体は、金属材料や合成樹脂材料によって構成されている。なお、音響フード２は、内面のみが開放側に向って径が次第に拡大する形状に成形されていればよく、外面の形状は自由に選択可能であるが、本例では、上述した通り、外面も、前方に向かって徐々に径が拡大する形状に成形されている。

【0020】

上記筒状ケース３は、音響フード２と同一軸心となって且つ焦点を有しないか或いは上記焦点Ｆとは異なる焦点を有する円筒状に成形され、この筒状ケース３の突出方向（後方）側の端部は、一体成形された底部３ａによって、全部又は大部分が塞がれるとともに、前方側の端部は、音響フード２内の空間と連通するように全面的に開放されている。この筒状ケース３に用いる材料は、ある程度の強度が確保できれば、どのような材料を採用してもよく、例えば、金属製材料や合成樹脂製材料を用いることが可能である。

【0021】

また、本例では、筒状ケース３を、音響フード２とは別の材料によって構成しているが、両者を、同一の材料によって構成し、一体形成してもよい。

【0022】

この筒状ケース３と音響フード２とは、内部同士が連通しており、筒状ケース３と音響フード２とが接続された境界部分に、上記焦点Ｆを位置させている。

【0023】

なお、この焦点Ｆを、筒状ケース３内における音響フード２近傍に位置させてもよいし、或いは、音響フード２内における筒状ケース近傍に位置させてもよい。

【0024】

また、筒状ケース３の少なくとも内周面（本例では、内周面及び外周面）は、後方に向かって径が次第に小さくなるテーパ状に成形されている。このテーパ形状によって、筒状ケース３の側周壁（内周面及び外周面）は、側断面視で、軸心Ｘに対して傾斜した傾斜線状をなし、その側周壁（内周面及び外周面）の傾斜角（正確には、筒状ケース３及び音響フード２の軸心Ｘに対する傾斜角）であるテーパ角θは、以下の式Ａに示す条件を満たすように設定され、さらに好ましくは、以下の式Ｂに示す条件を満たすように設定される。

【0025】

【数1】

【0026】

【数2】

【0027】

具体的には、上記式Ａに示す不等式を満たすようなテーパ角θの範囲は具体的には、２．９〜２６．６°程度であり、式Ｂに示す等式を満たすようなテーパ角θの値は、６°程度になる。

【0028】

また、テーパ角θが、筒状ケース３の軸方向において、常時一定でない場合も想定されるが、その場合には、平均のテーパ角θを、上記範囲内に納める。

【0029】

上記スピーカ４は、振動板の正面に形成され且つ音波を放射する面である出音面（振動面）４ａが音響フード２の開放側（前方）に向けられたコーンスピーカであり、このスピーカ４が筒状の収容ケース６を介して筒状ケース３に収容設置されている。上記振動面４ａは、音響フード２と筒状ケース３との境界部分に位置している。

【0030】

収容ケース６は、筒状ケース３と同一軸心となる有底の円筒状に成形され、開放端側が前方（音響フード２の開放側）に向けられている。この収容ケース６の全長は筒状ケース３の軸方向の長さと同一又は略同一であって、収容ケース６の外周面の径は、全長に亘って同一又は略同一であって且つ筒状ケース３の内周面の最小径よりも小さい値に設定されている。

【0031】

収容ケース６と筒状ケース３とが同一軸心となるようにして、該収容ケース６の底部６ａが、筒状ケース３の底部３ａに接当する位置まで、この収容ケース６を筒状ケース３内に挿入している。該構造によって、筒状ケース３の内周面（内面）と、収容ケース６の外周面（外面）との間には、断面視で円形ドーナツ状をなす充填空間（空間）Ｓ１が形成され、この空間Ｓ１には、吸音材７が充填されている。

【0032】

この吸音材７は、弾力性を有するグラスウールであり、この吸音材７の充填空間Ｓへの充填によって、収容ケース６が筒状ケース３内に弾力的に支持される。吸音材７は、筒状ケース３の底部３ａから開放端側に至る範囲に充填され、この吸音材７の前端面が音響フード２内に露出した状態で臨んでいる。言換えると、スピーカ４における振動面４ａよりも後方の周囲には、吸音材７が設けられ、音波の不要な反射を抑制している。

【0033】

このスピーカ４への配線は、収容ケース６内の空間を介して行われる。言換えると、収容ケース６内に配線スペースＳ２が形成される。このスピーカ装置１の内部と、その外部との電気信号のやり取りは、無線通信を用いてもよいが、本例では、筒状ケース３及び収容ケース６の底部３ａ，６ａの中心部に穿設された配線孔（図示しない）を介して、外部から内部、或いは内部から外部への配線を行っている。

【0034】

図２は、図１に示すスピーカ装置の電気回路の構成を示す模式図である。このスピーカ装置を用いた音波の出力工程について説明すると、まず、マイクロフォン８で受取った音波（音）が該マイクロフォン８によって電気信号に変換される。この電気信号は、増幅器９で増幅され、上記スピーカ４に送られる。上記スピーカ４は、受取った電気信号に基づいて振動板を振動させ、上記受取った音を再現した音波（音）を、出音面４ａから出射する。

【0035】

このようにして、振動板から放射された音波は、音響フード２の内面に形成された反射面２ａによって、音響フード２の軸心Ｘ方向に反射される。この際、音響フード２の反射面２ａで多重に反射して筒状ケース３側に向かう音波や、直接的に筒状ケース３側に向かう音波は、グラスウールからなる吸音材７によって吸音されるため、音波の干渉が抑制され、再現性が高く、指向性の強い音波を、音響フード２から前方に放射できる。

【0036】

図３（Ａ）は比較例に係るスピーカ装置の指向性を示す特定グラフであり、（Ｂ）は図１，２に示すスピーカ装置の指向性を示す特定グラフである。図１，２の示すスピーカ装置１の性能を検証するため、このスピーカ装置１と、図１に仮想線で示すような筒状ケース５１ａを備えたスピーカ装置５１とを用いて、比較実験を行った。

【0037】

比較例に用いたスピーカ装置５１について具体的に説明すると、筒状ケース５１ａが、全長方向の全体に亘り径が同一又は略同一の円形断面を有する円筒状に成形され、テーパ角θが０°に設定されているが、それ以外の構成は、図１，２に示すスピーカ装置１と同一に構成され、出力する音波の周波数は２ｋＨｚに設定した。

【0038】

上記実験の結果は、図３（Ａ），（Ｂ）に示す通りであり、比較例に係るスピーカ装置５１が放射された音波の指向性（同図（Ａ）参照）と比較して、本発明を適用したスピーカ装置１から放射された音波の指向性（同図（Ｂ）参照）は、上記軸心Ｘ上に強くなっており、性能が向上している。

【0039】

また、解析の結果、本発明の適用したスピーカ装置１は、振動面４ａの寸法を、実際の寸法よりも大きな寸法とみなすことが可能であり、これによって、音響フード２から放射された音波の広がりが抑制できる。

【0040】

また、テーパ角θを変更して、この実験を繰返すことによって、良好な指向性が得られるテーパ角θの範囲を、上記した式Ａ及び式Ｂの通りに求めた。

【0041】

さらに、高音領域程では、より良好な結果が得られる現象も確認できた。

【0042】

なお、筒状ケース３の少なくとも内周面を、テーパ状に成形することによって、指向性やその他の特性が良好になる詳細な理由は不明であるが、上記実験の結果は、本願発明に係るスピーカ装置１の優位性を明確に示している。

【0043】

これは推論ではあるが、吸音材７によって吸音されずに、筒状ケース３の内面で反射した音波が、再び音響フード２内に放射されるような現象を、上記テーパ形状によって、抑制するような作用が発揮されているのではないかと思われる。

【0044】

図４は、図１に示す電気音響変換機器に係る電気回路の他例の構成を示す模式図である。同図では、図１に示すスピーカ装置１を、集音器としても機能させる場合の例につき示している。コーンスピーカ４の振動面４ａは、上記した出音面として用いることとが可能であるとともに、音波を受ける受音面として用いることも可能である。

【0045】

音波を振動面４ａによって受けた場合、振動板が振動し、この振動がコーンスピーカ４によって、電気信号に変換される。この電気信号を増幅器１１で増幅させて、ヘッドフォン１２やイヤフォンや、その他のスピーカ装置を介して、音波として出力する。

【0046】

また、スピーカ装置として用いる場合と、集音器として用いる場合の切換スイッチ１３を設けることによって、２つの機能を有する単一の電気音響変換機器１を構成することが可能になる。

【0047】

また、この電気音響変換機器１を集音器として機能させた場合の特性は、スピーカ装置として用いた場合と略同一であり、軸心Ｘを向けた方向の音を、高い指向性で拾うことが可能になり、その特性は、高音領域でさらに良好に発揮される。

【0048】

次に、図５及び図６に基づき、本発明の別実施形態について説明する。

【0049】

図５は、本発明の電気音響変換機器を適用した集音器の側断面図である。同図に示す集音器１´は、音響フード２及び筒状ケース３の構成は、図１〜図４に示すものと同一である。この集音器１´では、上記軸心Ｘを軸心とする姿勢で筒状ケース３内に設置された筒状のマイクロフォン１４を変換装置として用いる。

【0050】

マイクロフォン１４の受音面１４ａは、音響フード２の開放側（前方）に向けられている。この受音面１４ａは、上記焦点Ｆ又はその近傍に位置しており、マイクロフォン１４の全長は、筒状ケース３の軸方向の長さと略同一に設定されている。このマイクロフォン１４の外周面と、筒状ケース３の内周面との間に、上記充填空間Ｓ１が形成され、この充填空間１に、グラスウールからなる吸音材７が充填され、この吸音材７によって、マイクロフォン１４が弾力的に筒状ケース３内に弾力的に支持される。

【0051】

このようなマイクロフォン１４の弾力支持によって、音響フード２に物や身体が衝突して生じる雑音の影響を軽減することが可能になる。なお、筒状ケースの内面と、マイクロフォン１４の外面との間に介在しているゴム紐やスプリング等を用いて、該マイクロフォン１４を、弾力的に、筒状ケース３内に弾力的に支持しいてもよい。ちなみに、マイクロフォン１４への配線は、上記した配線孔等を介して行われる。

【0052】

音響フード２内に入射した音波は、反射面２ａによって、焦点Ｆ側に配置されたマイクロフォン１４の受音面１４ａに集められ、効率的に集音される。この他、反射面２ａを多重反射して、意図しない方向に進む音波は、吸音材７によって吸音される他、筒状ケース３のテーパ形状によって、抑制され、音波同士の干渉も抑制されるため、高精度の集音作業を行うことが可能になる。

【0053】

図６（Ａ）は比較例に係る集音器の指向性を示す特定グラフであり、（Ｂ）は図５に示す集音器の指向性を示す特定グラフである。図５に示す集音器１´の性能を検証するため、この集音器１´と、図５に仮想線で示すような筒状ケース６１ａを備えた集音器６１とを用いて、比較実験を行った。

【0054】

比較例に用いた集音器６１について具体的に説明すると、筒状ケース６１ａが、全長方向の全体に亘り径が同一又は略同一の円形断面を有する円筒状に成形され、テーパ角θが０°に設定されているが、それ以外の構成は、図５に示す集音器１´と同一に構成され、集音する音波の周波数を２ｋＨｚに設定した。

【0055】

上記実験の結果は、図６（Ａ），（Ｂ）に示す通りであり、比較例に係る集音器６１の指向性（同図（Ａ）参照）と比較して、本発明を適用した集音器１´の指向性（同図（Ｂ）参照）は、上記軸心Ｘ上に強くなっており、性能が向上している。

【0056】

また、テーパ角θを変更して、この実験を繰返すことによって、良好な指向性が得られるテーパ角θの範囲を、上記した式Ａ及び式Ｂの通りに求めた。この範囲は、スピーカ装置１と同様であった。

【0057】

さらに、高音領域程では、より良好な結果が得られる現象も確認できた。

【0058】

次に、図７に基づき、本発明の別実施形態について説明する。

【0059】

図７は、本発明の電気音響変換機器を適用したスピーカ装置の側断面図である。同図に示す例では、変換装置として、ホーンスピーカの駆動部であるドライバユニット１６をスピーカとして用いている。

【0060】

このドライバユニット１６は、音波を出力する側に開口部１７ａを有するボックス状をなす筐体１７と、振動面が開口部１７ａを向いた状態で該筐体１７内に収容された振動板１８とを有し、筐体１７内には開口部１７ａに向かって断面積が次第に縮小するスロート部１７ｂが形成されている。この筐体１７が上述した収容ケース６と同様の機能を発揮することになる。

【0061】

このドライバユニット１６は、上記開口部１７ａを音響フード２の開放側（前方）に向けた状態で、筒状ケース３内に収容され、該ドライバユニット１６の外面と筒状ケース３の内面との間には、上記充填スペースＳ１は形成され、この充填スペースＳ１には、吸音材７が充填される。また、このドライバユニット１６は、金具等の支持部材（図示しない）によって筒状ケース３内に支持される。

【0062】

また、ドライバユニット１６の開口部１７ａが上記焦点Ｆ又はその近傍に位置するようにして、該ドライバユニット１６が位置決めされる。

【0063】

該構成のスピーカ装置１´´によれば、変換装置として、大音量出力可能なドライバユニット１６を用いるため、指向性高い大きな音を出力することが容易になる。

【0064】

次に、図８に基づき、本発明の別実施形態について説明する。

【0065】

図８は、筒状ケースの他の実施例を示す側断面図である。上述した例では、筒状ケース３の外周面と内周面を、共に前方に向かって径が拡大するテーパ状に成形しているが、同図に示す例では、筒状ケース３の内周面のみを、前方に向かって径が拡大するテーパ状に成形し、その外周面は、軸心Ｘで径が同一となる（側断面視で軸心Ｘと平行になる）形状に成形されている。

【0066】

言換えると、上記指向性を高める効果は、筒状ケース３の内周面のみをテーパ状に成形すれば十分であり、外周面の形状は比較的自由に選択可能である。

【符号の説明】

【0067】

２ 音響フード
３ 筒状ケース
４ スピーカ（変換装置，コーンスピーカ）
７ 吸音材
６ 収容ケース
１４ マクロフォン（変換装置）
１６ ドライバユニット（変換装置，スピーカ）
１７ 筐体
１８ 振動板
Ｆ 焦点
Ｓ１ 充填空間（空間）
θ テーパ角（傾斜角）

【要約】

【課題】内側に焦点を有する凹曲面状の音響フードと、該焦点側に配置されたマイクロフォン又はスピーカとを備え、音波同士の干渉を抑制し且つ指向性の高い電気音響変換機器を提供する。
【解決手段】前端が開口した音響フード２と、該音響フード２から後方に一体的に延出され筒状ケース３と、前方に向けられた姿勢で前記筒状ケース３内に収容された状態で支持されたマイクロフォン１４、該状態で支持された収容ケース３内に前方に向けた状態で収容支持されたスピーカ４、或いは該状態で支持されたボックス状の筐体１７内に振動板１８を設置してなるスピーカ１６の少なくとも何れか１つから構成された変換装置とを備え、前記筒状ケース３内の少なくとも一部の空間Ｓ１に吸音材７を充填し、前記筒状ケース３の少なくとも内周面を、後方に向かって断面積が小さくなるテーパ状に成形した。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】