JP6720148B2

JP6720148B2 - 薄型パネルラウドスピーカ

Info

Publication number: JP6720148B2
Application number: JP2017515075A
Authority: JP
Inventors: ウラディスラヴォヴィッチククセンコフ，ドミトリ; ラルフマーク，デイヴィッド; シー，ヂーチアン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: JP2017530631A; WO2016044361A1; TW201630438A; US10477320B2; US20170295432A1; EP3195617A1

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１４年９月１９日出願の米国仮特許出願第６２／０５２，７７８号の優先権の利益を主張し、その内容は全体として参照により本明細書に組み込まれる、

ここに、薄型パネルスピーカおよび音響装置、特に、ほぼ直線的な波面を有する屈曲波を発生するガラスパネルラウドスピーカを開示する。

薄型パネルスピーカは、１つ以上の変換器によって、パネル内での屈曲波の伝播により音を発するのに使用しうる。このような分布振動モードラウドスピーカ（ＤＭＬ）は、従来のスピーカと比べて、増加したパネル表面積により、パネルの相対的に小さな局所変位で高音圧レベル（ＳＰＬ）を生成する能力などの様々な利点を有しうる。従って、屈曲波を発生させるのに用いられる変換器または振動子を小さくし、スピーカ装置全体を薄くしうるので、パネルスピーカは、例えば音声を発する写真フレームなどの様々な先端技術において使用しうる。

静電型または平面磁気型スピーカなどの他のパネル型ラウドスピーカと同様に、ＤＭＬは、奥行きのある音場および大きな「スイートスポット」（例えば、リスニングルームで最高の音が得られる領域）を生成しうる。しかしながら、音質の観点からＤＭＬの性能は、非平坦な周波数、ランダムな位相応答、方向（聴く位置）による周波数応答の急速な変化、および／または、長い音減衰時間などの多くの欠点を抱えうる。これらの欠点は、１つ以上の基本的設計特性に起因しうる。例えば、パネル内で屈曲波が励振点（振動子／変換器取付け位置）からパネル縁部まで伝播するのに、有限の時間が掛かるので、音の波形における急激な過渡部は時間が延伸されうる。この延伸は、周波数に依存しうるものでもあり、それは、速く進行する、より高周波数により、屈曲波が高分散性でありうるからである。さらに、パネル縁部からの反射は、周波数応答において明確な共鳴形成につながりうるものであり、それは、パネルの力学的モードに対応しうる。最後に、パネル材中での制振または波の減衰が十分に高くないと、縁部での反射は、「リンギング」（定在波の持続、および、励振停止後に定在波が発する音）も引き起こしうる。

上記のような様々な弱点を改善するための試みにおいて、進行する屈曲波のみを用いるＤＭＬが開発されてきた。例えば、矩形パネル縁部で精密に切られた切込みを導入することによって、または、円形パネルの外縁部に星形拡散器を用いることによって、縁部での反射を消極的には抑制しうる。これらの設計は、より平坦な周波数、および／または、より平滑な位相応答の提供、並びに／若しくは、リンギングなどの急激な過渡部の歪み、および／または、モード共鳴の制限を可能にする。しかしながら、これらのアプローチは、薄型ガラスパネル、および／または、矩形パネル（例えば、短辺および長辺を有するバー）の場合には、実施が難しいことがありうる。ガラスに精密なスロットを開けることは、複雑で時間の掛かることであると共に、パネルの信頼性を損ないうるものである。さらに、小さな矩形パネルの場合には、適切に設計された星形または鋸歯状拡散器用に、短辺に沿った十分なスペースがないかもしれない。さらに、切込み、および／または、星形拡散器は、透明ガラスパネルなどのガラスパネルの美的外観を損ねるおそれある。

従って、従来のＤＭＬに関する不利な点を抱えない例示的なガラスラウドスピーカを提供することは有利であろう。また、美的な展示性を保ちながら、共鳴のない設計の利点を享受しうるガラススピーカを提供することも有利であろう。

本開示は、様々な実施形態において、長辺および第１の短辺を有するパネルと、長辺にほぼ垂直の波面を有すると共に第１の短辺に向かって伝播する第１の波を生成するように、パネル上の第１の複数の励振位置でパネルを励振するように構成された少なくとも１つの第１の変換器と、パネルに載置されると共に、波動エネルギーを減衰させるように構成された少なくとも１つの減衰部とを備えたスピーカアセンブリに関する。

さらに、ここに、短辺および長辺を有するパネルと、パネルに連結されると共に、短辺に向かって伝播するほぼ直線的な波面を有する波を生成するように、パネル上にほぼ一列に配列された複数の励振位置でパネルを励振するように構成された少なくとも１つの変換器とを備えた音響装置も開示する
さらに、ここに、音響生成方法を開示する。その方法は、パネルの長辺にほぼ垂直の波面を有すると共にパネルの短辺に向かって伝播する波を生成するように、１つ以上の変換器を用いて複数の位置でパネルを励振する工程と、任意で、パネルの短辺に載置された少なくとも１つの減衰部を用いて、波動エネルギーを減衰させる工程とを有する。

様々な実施形態によれば、パネルは、ガラスパネルであってもよく、単板ガラス、一つに積み重ねられた多数のガラスシート、ガラスとガラスの積層構造、および、ガラスとポリマーの積層構造から選択しうる。さらに、パネルは、金属、プラスチック、木材、紙、並びに、合板のような積層材料および積層されたガラスとプラスチックとの複合材などの、設計された材料など他の材料を、設計されたハニカムパネルに加えて含んでいてもよい。他の実施形態において、少なくとも１つの変換器は、パネルに載置された単一の線状変換器であってもよく、複数の励振位置でパネルに載置された複数の変換器であってもよい。

ある実施形態において、第１の複数の励振位置が、ほぼ第１の列に配置されていてもよい。更なる実施形態において、パネルは第２の短辺を含んでいてもよく、複数の励振位置は、第２の短辺に隣接して一列に配列されていてもよい。更なる態様によれば、複数の励振位置は、第２の短辺にほぼ平行な列に配列されると共に、第１の短辺と第２の短辺の間に位置していてもよい。さらに他の実施形態において、スピーカアセンブリは、第２の短辺に隣接してほぼ一列に配列された第１の複数の励振位置、および、第１の短辺に隣接してほぼ一列に配列された第２の複数の励振位置を含んでいてもよい。限定するものではない更なる実施形態において、減衰部は、第１または第２の短辺に隣接するか、または、第１の短辺と第２の短辺の間に位置していてもよい。

更なる特徴および利点は、次の詳細な記載で示されると共に、部分的には、当業者には、その記載から容易に明らかであるか、または、添付された図面に加えて、次の詳細な記載および請求項を含む本明細書に記載された方法を実施することにより理解されるだろう。

上記概略的な記載および次の詳細な記載の両方が、本開示の様々な実施形態を提示するすると共に、請求項の本質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図すると理解されるべきである。添付の図面は、更なる理解のために含められたものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、限定するものではない様々な実施形態を示し、その記載と共に、本開示の原理および動作を説明する役割を果たす。

本開示の様々な特徴、態様および利点は、類似した構成を可能な限り類似した参照番号で示した添付の図面を参照して、以下の詳細な記載を読めば、より良く理解されるものである。

本開示の態様による例示的なスピーカアセンブリの上面図である。本開示の更なる態様による例示的なスピーカアセンブリの上面図である。本開示の様々な態様による例示的なスピーカアセンブリの上面図である。本開示の更なる態様による例示的なスピーカアセンブリの上面図である。本開示の態様による例示的なスピーカアセンブリの側面図である。本開示の更なる態様による例示的なスピーカアセンブリの側面図である。本開示の様々な態様による例示的なスピーカアセンブリの側面図である。本開示の更なる態様による例示的なスピーカアセンブリの側面図である。減衰部を備えていない例示的なスピーカの振動インパルス応答を示すグラフである。図４Ａの例示的なスピーカについての対応するウェーブレットマップである。本開示の態様によるスピーカアセンブリの振動インパルス応答を示すグラフである。図５Ａのスピーカアセンブリについての対応するウェーブレットマップである。本開示の態様による例示的なスピーカアセンブリの周波数応答の比較を示すグラフである。本開示の態様による例示的なスピーカアセンブリの正規化された周波数応答の比較を示すグラフである。

ここに、長辺および第１の短辺を有するパネルと、長辺にほぼ垂直の波面を有すると共に第１の短辺に向かって伝播する波を生成するように、パネル上の複数の励振位置でパネルを励振するように構成された少なくとも１つの変換器と、パネルに載置されると共に、波動エネルギーを減衰させるように構成された少なくとも１つの減衰部とを備えたスピーカアセンブリを開示する。

さらに、ここに、短辺および長辺を有するパネルと、パネルに連結されると共に、短辺に向かって伝播するほぼ線状波面を有する波を生成するように、パネル上にほぼ一列に配列された複数の励振位置でパネルを励振するように構成された少なくとも１つの変換器とを備えた音響装置も開示する
さらに、ここに、音響生成方法を開示する。その方法は、パネルの長辺にほぼ垂直の波面を有すると共にパネルの短辺に向かって伝播する波を生成するように、１つ以上の変換器を用いて複数の位置でパネルを励振する工程と、任意で、パネルの短辺に載置された少なくとも１つの減衰部を用いて、波動エネルギーを減衰させる工程とを有する。

以下の詳細な記載、および、ここに記載される様々な実施形態は、組み合わされると共に限定することなく、ここに開示および請求されたスピーカアセンブリ、音響装置および方法に等しく適用しうると理解されるべきである。

図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂは、本開示の限定するものではない様々な態様によるスピーカアセンブリの上面図を示している。スピーカは、２つの短辺１０５、１１０および２つの長辺１１５、１２０を有するパネル１００を備えうる。ここで、短辺および長辺は、各々、第１および第２の短辺、並びに、第１および第２の長辺と交換可能に称され、それらの向きは、明示的に断りがない限り、限定されるものではないと理解されるべきである。さらに、２つの短辺１０５、１１０および２つの長辺１１５、１２０は、ほぼ平面形状で示さているが、このことが、ここに添付された請求項の範囲を限定すべきではない。なぜなら、任意の１つ、または、いくつかの長辺および／または短辺が非平面であってもよいと考えうるからである。

例えば、他の実施形態において、各短辺は、図示されたように平面であってもよいが、長辺１１５、１２０は、曲面などの非平面であってもよく、フレーム１３５のその対向部分も、非平面または曲面であってもよい。若しくは、その逆であってもよい。限定するものではない実施形態において、例えば、曲面のＴＶ画面、または、非平面を有するスピーカに合うように形成されたパネルの場合には、パネル表面は、凹状または凸状であってもよい。従って、凹面を有する例示的なパネルは、１つの長辺１１５（図１Ａ、図１Ｂ）または２つの長辺１１５、１２０（図２Ａ、図２Ｂ）、および、フレーム１３５の対向部分上の凸状対向面を含みうる。もちろん、例示的な一実施形態の双曲面断面を提供するように、対応する長辺（または複数の長辺）が凹状の状態で、対向部分も凹状であってもよい。さらにまた、対向フレーム部分が対向する凸状または凹状の状態で、パネル表面は凸状であってもよい。従って、例示的な表面からの音波の分布も適切に制御しうる。

複数の励振位置１２５が、パネル１００上に、ほぼ一列に配列されていてもよく、少なくとも１つの変換器（不図示）が、複数の励振位置１２５でパネルを励振するように構成されていてもよい。例えば、励振位置は、複数の励振位置でパネル１００に載置、取り付け、または連結された１つ以上の変換器に対応していてもよく、若しくは、他の実施形態において、単一の線状変換器が、複数の励振位置１２５でパネルを励振するのに用いられてもよい。様々な実施形態において、スピーカは、波動エネルギーを、例えば吸収、拡散または緩和など減衰させるように構成された減衰部１３０をさらに備えていてもよく、任意で、パネルｌ００の少なくとも一部の周りに延伸するフレーム１３５を備えていてもよい。

図１Ａ、図１Ｂは水平のスピーカ向きを示しているが、スピーカは、鉛直方向などの任意の他の向きで使用されてもよいと理解されるべきである。さらに、図２Ａ、図２Ｂに示されたように、本開示の態様によるスピーカアセンブリは、例えばステレオシステムを作製するように、２つ以上のスピーカの構成を備えていてもよい。例えば、ある実施形態において、図２Ａに示されたステレオ設計は、図２Ｂの設計よりも、やや優れたステレオ分離度を示し、一方、図２Ｂの設計は、より現代的な美的デザインを表現しうる。不図示であるが、スピーカアセンブリは、２つのスピーカの構成の間に第３の中央チャンネルスピーカも備えていてもよく、第３のスピーカも、パネルを備えるか、若しくは、従来のコーンドライバを用いる。

単一の線状変換器によって、または、ほぼ一列に配列された変換器アレイによって励振されようと、ほぼ一列の励振位置の配列は、ほぼ直線的または線状波面を有する波をパネル上で生成しうる。直線的な波面は、パネルの長辺で最小反射しながら、スピーカパネルの１つ以上の短辺に向かって伝播しうる。限定するものではない実施形態において、波は、波動エネルギーの大部分がほぼ一列にパネルの短辺に向かって伝播し、波動エネルギーの小さな部分のみがパネルの長辺で反射する「円柱状」形状を有すると考えうる。従って、本開示のいくつかの態様において、パネルの長辺での反射を、例えば１つ以上の吸収器または拡散器を用いて抑制しなくてもよいかもしれない。これらの限定するものではない実施形態において、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂに示すように、単一の減衰部を例えば載置してパネルに一体化させ、伝播する波動エネルギーを、パネルの短辺方向だけで吸収または拡散させるように構成しうる。

一方、単一点振動子を備えた従来のスピーカは、パネルの全ての辺に向かって円形波を生成しうるので、モードの振舞いを最小にするようにパネルの全ての辺で反射を抑制する必要がある。そのような従来の設計は、定在する屈曲波とは対照的に、進行する屈曲波のみを利用するように構成しうる。定在する屈曲波およびモード共鳴の形成を避けるために、これらの従来の装置は、パネルの全４辺で屈曲波の反射を低減または抑制するように構成しうる。従って、パネル縁部を支持するのに用いられる材料は何であっても、パネルの力学的インピーダンスに整合するだけではなく、屈曲波エネルギーを拡散または吸収すべきである。しかしながら、ほとんどの場合、支持部の寸法は、吸収すべき屈曲波の波長よりも著しく小さいものでありうる。

例えば、厚さ０．５５ｍｍのＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスを採用した限定するものではない例示的なパネルスピーカについて、周波数の関数としての屈曲波の波長が、下の表Ｉに示されている。

吸収器または拡散器について、１／４波長の長さが望ましく、さらに、少なくとも周波数１５０Ｈｚまで低く、反射を抑制するのが望ましいと仮定すると、減衰部についての最小の長さは、少なくとも約５ｃｍとして計算されうる。従って、パネルの全４辺で屈曲波の反射を抑制するように構成された従来のスピーカは、例えば、より小さなサイズでは適切に機能しないなど、サイズが限られうる。特に、例えばバー型スピーカなどの矩形パネルの場合には、何らかの音を生成するのに、バーの短辺は、多分１０ｃｍより長い長さを有するだろうし、効率的に音を生成するには、その２倍の長さ（例えば、約２０ｃｍ）が必要である可能性がある。

ここに開示されたスピーカおよび音響装置は、薄型パネルを備えうるものであり、パネルは、例えば、約０．３ｍｍから約２．５ｍｍ、約０．３ｍｍから約２ｍｍ、約０．５ｍｍから約１．５ｍｍ、または、約０．７ｍｍから約１．１ｍｍなど、約０．１ｍｍから約３ｍｍの全ての範囲、および、それらの間の部分的範囲を含む範囲の厚さを有しうる。いくつかの実施形態では、パネルは、ほぼ矩形（例えば、バー）の形状を有していてもよい。そのような実施形態において、パネルは、２つの短辺および２つの長辺を備えうる。しかしながら、パネルは、矩形の形状に限定されるものではなく、任意の他の適切な形状であってもよいと理解されるべきである。例えば、本開示の様々な態様によれば、２つの長辺は、長さがほぼ等しくてもよいし、または、異なる長さを有していてもよい。同様に、２つの短辺は、長さがほぼ等しくてもよいし、または、異なる長さを有していてもよい。限定するものではない様々な実施形態において、パネルの長辺（または複数の長辺）は、約３０ｃｍから約１５０ｃｍ、または、約５０ｃｍから約１００ｃｍなど、約２０ｃｍから約２００ｃｍの全ての範囲、および、それらの間の部分的範囲を含む範囲の寸法を有していてもよい。パネルの短辺（または複数の短辺）は、例えば、約８ｃｍから約２０ｃｍ、または、約１０ｃｍから約１５ｃｍなど、約５ｃｍから約２５ｃｍの全ての範囲、および、それらの間の部分的範囲を含む範囲の寸法を有していてもよい。

パネルは、ガラス、金属、プラスチック、木材、紙、並びに、例えば合板およびガラスとプラスチックとの複合材のような積層材料などの設計された材料を含む任意の適切な材料と、設計されたハニカムパネルとを含みうる。ある実施形態において、パネルは、ソーダ石灰ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、アルカリアルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、アルカリホウケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、アルカリアルミノホウケイ酸塩、および、他の適切なガラスなどのガラスを含んでいてもよい。様々な実施形態において、パネルは、透明、不透明または色付きのガラスを含んでいてもよい。限定するものではない例示的ガラスパネルは、単板ガラス、一つに積み重ねられた多数のガラスシート、ガラスとガラスの積層構造、および、ガラスとポリマーの積層構造を含むが、それに限定されるものではない。様々な実施形態において、ガラスは化学的に強化されていてもよい。適切な市販の基板の限定するものではない例は、幾つか挙げれば、コーニング社から発売されているＥＡＧＬＥＸＧ（登録商標）、Ｌｏｔｕｓ（商標）、Ｗｉｌｌｏｗ（登録商標）、および、Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスが含まれる。そのような化学的に強化されたガラスは、例えば、全体として参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７６６６５１１号明細書、米国特許第４４８３７００号明細書、および、米国特許第５６７４７９０号明細書に基づいて提供されてもよい。

ガラスの化学的強化は、例えば、イオン交換によって行われうる。イオン交換処理の間、ガラスシート中のイオンは、ガラスシート表面または表面近くで、例えば塩浴からのもっと大きな金属イオンと交換されうる。ガラスに、もっと大きなイオンを組み込むことで、表面近くの領域で圧縮応力を生成することによって、シートを強化しうる。その圧縮応力と釣り合うように、ガラスシートの中央領域内では対応する引張応力が生じうる。

イオン交換は、例えば、所定時間、ガラスを溶融塩浴に浸漬させることによって行われてもよい。例示的な塩浴には、ＫＮＯ_３、ＬｉＮＯ_３、ＮａＮＯ_３、ＲｂＮＯ_３、および、それらの組合せが含まれるが、限定されるものではない。溶融塩浴の温度および処理時間は、様々でありうる。望ましい利用に応じて、時間および温度を決定することは、当業者の能力の範囲である。限定するものではない例によれば、溶融塩浴の温度は、約４００^ｏＣから約５００^ｏＣなど、約４００^ｏＣから約８００^ｏＣの範囲であってもよく、所定の時間は、約４時間から約１０時間など、約４時間から約２４時間の範囲であってもよく、他の温度と時間の組合せも考えうる。限定するものではない例によれば、表面圧縮応力を与えるＫ‐強化層を得るように、ガラスは、例えば約４５０^ｏＣで６時間、ＫＮＯ_３浴に沈めてもよい。

限定するものではない例によれば、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスの化学的強化処理は、相対的に深い深さの層（例えば、約４０から５０マイクロメートル、さらに、１００マイクロメートルよりも深くしうる）が圧縮された状態で、相対的に高い圧縮応力（例えば、約７００ＭＰａから約７３０ＭＰａなど、約５００ＭＰａより高く、さらに、８００ＭＰａよりも高くしうる）を提供しうる。そのようなガラスは、ほぼきれいな表面に加えて、高い残留強度、および、高い耐擦傷性、高い衝撃耐性、および／または、高い曲げ強さを有しうる。様々な実施形態によれば、ガラスパネルは、約１００ＭＰａより高い圧縮応力、および、約１０マイクロメートルより深い圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）を有していてもよい。更なる実施形態において、ガラスは、約５００ＭＰａより高い圧縮応力、および、約２０マイクロメートルより深いＤＯＬを有していてもよい。若しくは、約７００ＭＰａより高い圧縮応力、および、約４０マイクロメートルより深いＤＯＬを有していてもよい。

ここに開示されたスピーカまたは音響装置は、複数の励振位置でパネルを励振するように構成された少なくとも１つの変換器も有していてもよい。本明細書では、「変換器」、「振動子」、「アクチュエータ」という用語、および、それらの変化形は、印加された電気信号に応じて、１つ以上の励振位置で、パネルに対して分散進行波の形で屈曲波エネルギーを印加しうるものであって、パネルを振動させて音響出力を放出させる構成要素を指すのに交換可能に用いられる。少なくとも１つの変換器は、単一の線状変換器、または、同期して駆動される変換器アレイを含んでいてもよい。変換器は、例えば、小さな電子モータであってもよく、例えば接着剤で、パネルおよび／またはフレームに直接取り付けられうる（「直付け」設計）。若しくは、変換器は、パネルに、別の方法、例えば小さなバネで取り付けられてもよく、バネは、慣性力を介して振動エネルギーをパネルまたはフレームに伝達するのに使用しうる。その他の適切な変換器には、例えば、線状でありうる圧電振動子、または、そのような振動子がほぼ一列に配列されたアレイが含まれうる。

少なくとも１つの変換器は、パネルに連結されていてもよく、例えば、パネルに載置または他の方法で取り付けられるか、若しくは、パネルに取り付けも載置もされなくても、パネルに屈曲波エネルギーを印加するように他の方法で構成されてもよい。単一の線状変換器の場合には、変換器は、ほぼ線状に配列された複数の励振位置に対応する位置でパネルに、載置、または、他の方法で取り付けられてもよい。従って、変換器は、複数の励振位置の１つ以上でパネルを励振するように構成されうる。３つ以上の変換器、４つ以上の変換器など、２つ以上の変換器の場合には、各変換器は、複数の励振位置の１つに対応し、それを励振してもよく、または、更なる実施形態において、１つの変換器が、１つより多くの励振位置でパネルを励振してもよい。他の変換器の構成も考えうるものであり、本開示の範囲に入ることを意図している。

ここに開示されたスピーカまたは音響装置は、パネルに載置されると共に波動エネルギーを吸収または拡散するように構成された少なくとも１つの構成要素をさらに備えていてもよい。本明細書では、「吸収器」、「拡散器」、「減衰器」、「減衰部」という用語、および、それらの変化形は、波動エネルギーを吸収および／または拡散させることによって、パネルの共鳴を防ぐ、ほぼ防ぐ、または、少なくとも和らげるように、パネル内を進行する屈曲波を例えば拡散または吸収など減衰させるように構成された構成要素を指すのに交換可能に用いられる。

適切な吸収または拡散材料は、可聴周波数で音響波動エネルギーの吸収もしながら、パネルを支持、および／または、力学的インピーダンスの観点からパネルに整合させるのに用いられうる材料を含んでいてもよい。しかしながら、これら全ての基準を満たす材料は、設計、または、他の方法での提供が難しいかもしれない。従って、力学的インピーダンスが、例えば、「自由な」パネルのものから無限大（留められた縁部／支持部）までゆっくり変化する「勾配」を有する音響吸収材料の提供が望ましいかもしれない。例えば、減衰部に対して、減衰部が最初にパネルに接触する端部からパネル縁部へと漸増するように、例えばクランプでの締付けによって圧力を印加しうる。さまざまな実施形態によれば、減衰部は、幾つかを挙げれば、ポリウレタン、ポリエーテルおよびポリエステルなど連続または独立気泡構造を有する高分子発泡体、ポリ塩化ビニル、皮革、布、紙、並びに、液体系被膜から選択された材料を含んでいてもよい。

減衰部は、パネルの少なくとも一部の剛性を高めることによって、および／または、パネルの少なくとも一部に構造的な力学的インピーダンスを提供することによって、パネルに力学的インピーダンスを提供しうる。さらに、減衰部は、パネルの少なくとも一部に亘り、屈曲波エネルギーを吸収しうる。減衰部は、パネルの少なくとも一部に亘り、均一または非均一な力学的インピーダンス特性を有しうる。いくつかの実施形態において、屈曲波エネルギーの減衰は、減衰部が最初にパネルに接触する点から、パネル縁部、例えばパネルの短辺へと増加しうる。従って、屈曲波エネルギーの減衰は、減衰部の位置に応じて、１つ以上のパネル縁部と比べてパネル中央部で減少されうるか、または、その逆でありうる。

限定するものではない様々な実施形態において、減衰部１３０は、発泡体ゴムなどの減衰材料を含んでいてもよく、少なくとも１つの「鋸歯」状またはギザギザの縁部を有するように形成されていてもよい（例えば、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂを参照）。この構成要素は、接着剤で接着、または他の方法で、パネルに、例えばパネルと装置フレームの間に載置されうる。ギザギザ部分は、パネルの力学的インピーダンスが、自由なガラスのものから、ガラスおよび発泡体のものへ、そして、支持部またはフレームのものへと、ゆっくりと変化しうる過渡部を提供し、それによって屈曲波の反射を除去または低減しうる。図１Ａ、図１Ｂに示されるように、パネル縁部での発泡体の更なる「連続した」部分は、任意の残留屈曲波エネルギーを吸収しうる。

ギザギザの縁部の「歯」の形状およびサイズは、用いられた音響材料の特性に基づいて計算されうる。光学的類似体（例えば、「モスアイ」反射防止膜）から導かれた一般的な指針は、個々の「歯」の横方向の寸法を、関心範囲の最短波長より短くしうること、および、「歯」の長さを、関心範囲の最長波長の少なくとも１／４にしうることを示している。表１を参照し、約１００Ｈｚから約１４ｋＨｚの範囲での反射除去を目標とすると仮定すると、適切なギザギザの縁部は、底辺での幅が約２ｃｍより短く、長さが約６ｃｍより長い歯を含みうる。歯のサイズ、形状、および、向きは、パネル構成、音響吸収材料、および／または、望ましい周波数抑制範囲に応じて変わりうる。

限定するものではない例によれば、減衰部は、底辺での幅が、約１ｃｍから約４ｃｍ、約１．５ｃｍから約３ｃｍ、または、約２ｃｍから約２．５ｃｍなど、約０．５ｃｍから約５ｃｍの全ての範囲、および、それらの間の部分的範囲を含む範囲の歯を含んでいてもよい。さらに、歯は、約２ｃｍから約２０ｃｍ、約３ｃｍから約１５ｃｍ、約５ｃｍから約１０ｃｍ、または、約８ｃｍから約１２ｃｍなど、約１ｃｍから約２５ｃｍの全ての範囲、および、それらの間の部分的範囲を含む範囲の長さを有していてもよい。

いくつかの実施形態において、音響吸収材料は、パネルを支持部またはフレームに載置するのに用いられうると共に、パネルにインピーダンス整合されるか、または、勾配インピーダンス整合されうる。さらに、減衰部は、様々な形状およびサイズを有しうると共にパネルに取り付けられうる１つ以上の層を有していてもよい。例えば、減衰部は、パネルの少なくとも一部に亘り、パネルの厚さ、および／または、密度に変化を与えうる１つ以上の高分子層を備えていてもよい。様々な実施形態によれば、１つ以上の層が、パネルの一方または両方の表面に、例えば積層によって備えられていてもよい。積層は、パネルの安全性、および／または、音響性能を向上させるなど、様々な利点を提供しうる。

例えば、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄに示されたように、制御された局所制振を導入することによって、多層積層、または、拘束された層である積層を、入射波動エネルギーを縁部で吸収するのに用いられうる。屈曲波が、パネルの積層された部分に到達すると、パネル／層（例えば、ガラス／ポリマー）界面での密接な結合によりエネルギーの一部が１つ以上の層に伝達され、その層の中に、その非常にもっと高い材料制振により消散される。適切な積層材料は、幾つかを挙げれば、例えば、ポリビニルブチレート（ＰＶＢ）、音響ＰＶＢ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、熱可塑ポリウレタン（ＴＰＵ）、および、様々なイオノマーを含みうる。

図３Ａは、少なくとも１つの層１４５で積層されたスピーカパネルの側面図である。示された実施形態において、少なくとも１つの変換器１４０がパネル１００上に載置されてもよく、減衰部が、対向する端部においてパネル１００に載置されてもよい。例えば、減衰部は、パネル１００の一方または両方の表面に積層されうる１つ以上の層１４５を有していてもよい。積層された層１４５は、同じ材料から選択されてもよく、または、任意の組合せの積層材料を含んでいてもよい。若しくは、図３Ｂに示されたように、パネルの一方の表面が、例えば、ガラスシートなどのパネル材料または他の材料などの材料１５０の更なる層で拘束されうる１つ以上の層１４５で積層されてもよい。同様に、図３Ｃおよび図３Ｄに示されたように、２つの減衰部が、対向する端部に各々隣接した状態で、少なくとも１つの変換器１４０がパネル１００の中央部に載置されてもよい。同様に、減衰部は、パネル１００の一方または両方の表面に積層された１つ以上の層１４５、若しくは、材料１５０の更なる層で拘束された１つ以上の層１４５を有していてもよい。

ここに開示されたスピーカアセンブリまたは音響装置は、パネルの少なくとも一部の周りに延伸するフレームをさらに備えていてもよい。「フレーム」、「支持部」という用語、および、それらの変化形は、パネルを支持するように構成された任意の材料を指すのに交換可能に用いられる。ある実施形態において、フレームは、幾つかを挙げれば、高分子材料、プラスチック、木材、および、金属から選択された材料を含んでいてもよい。フレームまたは支持部は、パネルの全周を囲むように延伸しうる（例えば、図１Ａおよび図２Ａを参照）、または、ある実施形態において、パネルの一部のみの周りに延伸しうる。例えば、限定するものではない幾つかの実施形態において、フレームは、減衰部および／または振動子が載置されたパネルの一部の周りに延伸しうる（例えば、図１Ｂおよび図２Ｂを参照）。

様々な実施形態によれば、スピーカまたは音響装置は、パネルの後ろ側に、望ましい音響効果を得るのに適切な任意の形状および／または寸法を有する囲いをさらに含みうる。当業者であれば、そのような囲いを、周知のラウドスピーカ技術を用いて設計しうる。囲いは、例えば、少なくとも１つの従来設計によるウーハを含んでいてもよく、それは、ある実施形態において、パネルだけでは再生できないかもしれない低周波数を処理しうる。例えば、限定するものではない例によれば、スピーカの土台または囲いが、ウーハ、減衰部および少なくとも１つの変換器を収納した状態で、パネルが土台から上方に延伸しうるように、図１Ｂのスピーカパネルは反時計回りに９０度回転されてもよい。ある実施形態において、土台から延伸するパネルは、フレームまたは任意の目視される減衰部が全くない透明ガラスであってもよく、それにより、スマートな美的デザインを提供しうる。

他の更なる構成要素も、ここに開示されたスピーカに含めてもよい。例えば、機能的または装飾的な要素を、ここに開示されたスピーカおよび音響装置内に、または、それと共に採用してもよい。例えば、装飾的照明素子を、スピーカを照らすために、および／または、メッセージを表示するために用いてもよい。このような照明の効果は、本来、装飾的でありうるか、または、ユーザに対して、例えばスピーカの電源が入っていることを知らせる表示器として機能しうる。更なる実施形態において、スピーカは、例えば、フレーム、土台、または、スピーカパネルの中間層に設けられうるタッチパネルおよび任意の関連した電子機器などの、センサーまたは能動装置を有して構成されてもよい。例えば、薄型ガラスシートの場合には、ユーザがタッチパッドとインターフェース接続して、例えば、スピーカの電源を入れる、または、音量を調節しうるように、ガラスシートはタッチパッドに直接隣接して備えられてもよい。

図１Ａ、図１Ｂに示されたように、スピーカアセンブリは、パネル１００上に１列の励振位置アレイを含んでもよい。図１Ａでは、複数の励振位置１２５が、（第２の）短辺１１０に隣接していてもよい。複数の励振位置で発生した波は、（第１の）短辺１０５に向かって一方向に伝播しうるものであり、そこで、（第１の）短辺１０５に隣接しうる減衰部１３０によって吸収されるものである。図１Ｂでは、複数の励振位置が、２つの短辺１０５、１１０の間に、例えば、減衰部１３０に隣接して位置していてもよい。例えば、減衰部、および／または、励振位置アレイは、パネルの中央に位置していてもよい。複数の励振位置で発生した波は、（第１の）短辺１０５および（第２の）短辺１１０に向かって２方向に伝播しうる。波は、例えば、（第２の）短辺１１０に進行し、次に、（第１の）短辺１０５へと反射し、そこで、吸収または拡散されうる。ある実施形態においては、図１Ｂに示されたスピーカは、波が吸収または拡散される前に、より高いエネルギーが空気に伝達されることにより、より高い効率を有しうるが、励振停止後に屈曲波および音の減衰に、より長い時間がかかることにより、やや長い過渡応答を有するかもしれない。

図２Ａ、図２Ｂに示されたように、スピーカアセンブリは、パネル１００上に、２列など、１列より多くの励振位置アレイを含んでもよい。図２Ａでは、２つの励振位置アレイが、短辺１０５、１１０に各々隣接していてもよい。２つのアレイで発生した波は、２つの短辺１０５、１１０間に位置しうる減衰部１３０によって吸収されうる。例えば、限定するものではない幾つかの実施形態において、減衰部１３０は、パネル１００の中央に位置していてもよい。図２Ｂでは、２つの励振位置アレイが、２つの短辺１０５、１１０の間に、例えば、減衰部１３０に隣接して位置していてもよい。限定するものではない例によれば、減衰器、および／または、励振位置アレイは、パネルの中央に位置していてもよい。複数の励振位置で生成された波は、両方の短辺１０５、１１０に向かって伝播し、次に、両方の短辺１０５、１１０で、減衰部１３０に向かって反射する。

ここに提供されたスピーカアセンブリについての開示は、請求された音響装置に等しく適用しうると理解されるべきであり、構成要素が交換可能であると共に、限定するものではなく記載されている。本開示のスピーカアセンブリおよび音響装置は、例えば、ＤＭＬなどの従来のスピーカと比べて多くの利点を有しうる。例えば、本開示のスピーカおよび音響装置は、例えば、音減衰時間を減少させるなど、リンギングを最小限にしながら、平坦な周波数応答および直線位相応答を提供しうる。さらに、本開示のスピーカおよび音響装置は、例えば、装置の全縁部において減衰部がないこと、並びに／若しくは、透明ガラスおよび／または透明音響材料の使用により、高められた美的特性、および／または、より小さなスピーカ寸法を提供しうる。

様々な開示された実施形態が、特定の実施形態に関連した特定の特徴、要素、または、工程を含んでもよいことが理解されるだろう。さらに、特定の特徴、要素、または、工程が１つの特定の実施形態に関連して記載されていても、様々な例示されていない組合せ、または、順列で、他の実施形態と交換または組み合わせてもよいことが理解されるだろう。

さらに、本明細書で用いられているように、名詞は、「少なくとも１つ」の対象を指すと理解されるべきであり、明示的に断りがない限りは、「１つのみ」の対象に限定されるべきものではない。従って、例えば、「変換器」に言及することは、そうでないことが文脈から明らかでない限りは、２つ以上の変換器を有する例を含む。同様に、「複数の」または「アレイ」は、「１より多い」と示すことを意図する。従って、「励振位置アレイ」または「複数の励振位置」は、３つ以上のそのような励振位置など、２つ以上のそのような励振位置を含む。

本明細書において、範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または、「約」他の１つの特定の値までというように表現されうる。そのような範囲が表された場合には、例が、特定の１つの値から、および／または、他の特定の１つの値までを含む。同様に、前に「約」を付けることによって、値が近似値で示された場合は、その特定の値が他の態様を形成すると理解されるであろう。さらに、各範囲の両終点は、他方の終点に関連して、および、他方の終点とは独立に、の両方で重要であると理解されるであろう。

本明細書では、「実質的」、「ほぼ」および、それらの変化形は、記載された特性が、値または記載に等しい、または、概ね等しいと示すことを意図している。例えば、「ほぼ等しい」は、２つの値が等しい、または、概ね等しいと示すことを意図し、さらに、「ほぼ同様」は、例えば、１つの要素が他の要素と概ね形状が同じであると示すことを意図している。

明示的に断りがない限りは、本明細書に示された任意の方法が、その工程が特定の順序で行われなければならないと解釈されることを意図したものでは全くない。従って、方法の請求項が、その工程が従う順序を実際に記載していなければ、若しくは、請求項または記載中で工程が特定の順序に限定されるべきであると記載されていなければ、任意の特定の順序が推定されることを意図したものでは全くない。

特定の実施形態の様々な特徴、要素、または、工程が「備え」という移行部を用いて開示されうるが、「からなる」または「実質的にからなる」という移行部を用いて記載されうる他の実施形態を含有すると理解されるべきである。従って、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを備えたアセンブリに含有される他の実施形態は、アセンブリがＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態、および、アセンブリが実質的にＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態を含む。

当業者には、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に様々な変更および変形を行いうることが明らかであろう。本開示の精神および本質を組み込んだものである開示された実施形態の変更、組合せ、部分的組合せ、および、変形は、当業者には実施可能なので、本開示は、添付された請求項の範囲内の全ておよび等価物を含むと解釈されるべきである。

次の実施例は、限定するものではなく、例示のみを意図し、本発明の範囲は、請求項によって定められる。

ガラスパネルスピーカの縁部における屈曲波の反射に関する積層の影響を分析するのに、ガラスシート（Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス、厚さ０．５５ｍｍ）を使用した。矩形ガラスバーが、１つの短辺上で、約６インチ（１５．２４ｃｍ）の長さを有するＰＶＢ片で積層された。比較例の積層のないガラスバー（「自由端」）も評価された。図４Ａ、図４Ｂに示されたように、各ガラスバーのインパルス応答が、縁部に近い点（自由端から６インチ（１５．２４ｃｍ）、積層された縁部から７．５インチ（１９．０５ｃｍ））でレーザドップラ振動計を用いて記録された。対応するウェーブレットマップ（インパルス応答を時間‐周波数で示したもの）が、図４Ｂ、図５Ｂに各々示されている。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂを参照すると、両方のウェーブレットマップにおいて、屈曲波が対向する短辺から進行するにつれて、屈曲波の分散がはっきりとわかる。しかし、ウェーブレットマップの丸で囲んだ部分に示されるように、積層された縁部を有するガラススピーカバーは、初めの到着後の高周波数の反射（＞１０ｋＨｚ）を吸収し、ウェーブレットマップの四角で囲んだ部分に示されるように、１〜６ｋＨｚの広い周波数帯域を減衰させる。

対応する周波数応答が、記録された値、および、（駆動部の周波数応答に対して）正規化された値として、図６、図７に各々示されている。図６、図７を参照すると、積層された縁部によって生じた周波数に依存した減衰が、高周波数においてはっきりとわかる。表１について上述したように、低周波数での制振は効果が低く、多分、これらの周波数は波長が長いからであろう。理論に縛られることを欲しないが、低周波数での制振は、積層されたＰＶＢ片の長さを、例えば、関心範囲の最長波長の少なくとも約１／４まで増加させることで改善しうるだろう。さらに、より高い音響吸収度、鋸歯状吸収器、多層積層、および／または、拘束された層である積層も、縁部の吸収を改善するか、または、吸収材料の長さ寸法を減少させるのに用いられうる。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
長辺および第１の短辺を有するパネルと、
前記長辺にほぼ垂直の波面を有すると共に前記第１の短辺に向かって伝播する第１の波を生成するように、前記パネル上の第１の複数の励振位置で該パネルを励振するように構成された少なくとも１つの第１の変換器と、
該パネルに載置されると共に、波動エネルギーを減衰させるように構成された少なくとも１つの減衰部とを備えたことを特徴とするスピーカアセンブリ。

実施形態２
前記少なくとも１つの第１の変換器が、前記パネルに載置された単一の線状変換器であることを特徴とする実施形態１記載のスピーカアセンブリ。

実施形態３
前記少なくとも１つの第１の変換器が、前記第１の複数の励振位置で前記パネルに載置された複数の変換器を備えたことを特徴とする実施形態１または２記載のスピーカアセンブリ。

実施形態４
前記第１の複数の励振位置が、前記第１の短辺にほぼ平行に一列に配列されたことを特徴とする実施形態１から３のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態５
前記パネルが、第２の短辺をさらに備え、
前記第１の複数の励振位置が、前記第２の短辺に隣接して位置することを特徴とする実施形態１から４のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態６
前記減衰部が、前記第１の短辺に隣接して前記パネルに載置されたことを特徴とする実施形態５に記載のスピーカアセンブリ。

実施形態７
前記パネルが、第２の短辺をさらに備え、
前記第１の複数の励振位置が、前記第１の短辺と前記第２の短辺の間に位置し、
前記減衰部が、該第２の短辺に隣接して載置され、
前記第１の波が、該第１の短辺から該第２の短辺に向かって反射することを特徴とする実施形態１から６のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態８
前記長辺にほぼ垂直の波面を有すると共に前記第２の短辺に向かって伝播する第２の波を生成するように、第２の複数の励振位置で前記パネルを励振するように構成された少なくとも１つの第２の変換器をさらに備えたことを特徴とする実施形態１から７のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態９
前記第１の複数の励振位置が、前記第２の短辺に隣接して位置すると共に、前記第２の複数の励振位置が、前記第１の短辺に隣接して位置することを特徴とする実施形態８に記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１０
前記減衰部が、前記第１の短辺と前記第２の短辺の間に位置することを特徴とする実施形態９に記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１１
前記減衰部が、前記第１の短辺と前記第２の短辺の間で中央に位置し、
前記第１と第２の複数の励振位置が、対向する側に該減衰器に隣接して位置することを特徴とする実施形態８に記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１２
前記パネルの少なくとも一部を支持するように構成されたフレームを、さらに備えたことを特徴とする実施形態１から１１のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１３
前記パネルが、単ガラスシート、１つに積み重ねられた多数のガラスシート、ガラスとガラスとの合わせガラス、および、ガラスとポリマーとの積層構造から選択されたガラスパネルであることを特徴とする実施形態１から１２のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１４
前記パネルが、金属、プラスチック、木材、合板、紙、ガラスとプラスチックとの複合材、および、設計されたハニカムパネルから選択された材料を有することを特徴とする実施形態１から１３のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１５
前記減衰部が、鋸歯状縁部を有するギザギザ部分を備えたことを特徴とする実施形態１から１４のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１６
前記減衰部が、前記パネルの少なくとも１つの面に積層されていることを特徴とする実施形態１から１５のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１７
前記減衰部が、音響吸収材料の少なくとも１つの層を含むことを特徴とする実施形態１から１６のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１８
前記音響吸収材料の少なくとも１つの層が、前記パネルと少なくとも１つの更なる層の間に位置することを特徴とする実施形態１７に記載のスピーカアセンブリ。

実施形態１９
前記長辺または前記第１の短辺が非平面であることを特徴とする実施形態１から１８のいずれか１つに記載のスピーカアセンブリ。

実施形態２０
パネルの長辺にほぼ垂直の波面を有すると共に前記パネルの短辺に向かって伝播する波を生成するように、１つ以上の変換器を用いて複数の位置で該パネルを励振する工程と、
該パネルの短辺に載置された少なくとも１つの減衰部を用いて、波動エネルギーを減衰させる工程と
を有することを特徴とする音響生成方法。

１００パネル
１０５、１１０短辺
１１５、１２０長辺
１２５励振位置
１３０減衰部
１３５フレーム
１４０変換器

Claims

長辺および第１の短辺を有するパネルと、
前記長辺にほぼ垂直の波面を有すると共に前記第１の短辺に向かって伝播する第１の波を生成するように、前記パネル上の第１の複数の励振位置で該パネルを励振するように構成された少なくとも１つの第１の変換器と、
該パネルに載置されると共に、波動エネルギーを減衰させるように構成された少なくとも１つの減衰部とを備えたことを特徴とするスピーカアセンブリであって、
前記パネルが、第２の短辺をさらに備え、
前記第１の複数の励振位置が、前記第１の短辺と前記第２の短辺の間に位置し、
前記減衰部が、該第２の短辺に隣接して載置され、
前記第１の波が、該第１の短辺から該第２の短辺に向かって反射することを特徴とするスピーカアセンブリ。
前記少なくとも１つの第１の変換器が、
前記パネルに載置された単一の線状変換器と、
前記第１の複数の励振位置で前記パネルに載置された複数の変換器とのうち
任意の１つを備えたことを特徴とする請求項１記載のスピーカアセンブリ。
前記長辺にほぼ垂直の波面を有すると共に前記第２の短辺に向かって伝播する第２の波を生成するように、第２の複数の励振位置で前記パネルを励振するように構成された少なくとも１つの第２の変換器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のスピーカアセンブリ。
前記減衰部が、前記第１の短辺と前記第２の短辺の間で中央に位置し、
前記第１と第２の複数の励振位置が、対向する側に該減衰部に隣接して位置することを特徴とする請求項３に記載のスピーカアセンブリ。