JP2007533230A - 音響装置及び音響装置製造方法 - Google Patents

Abstract

ある面積と動作周波数帯域とを有し、動作周波数帯域内に共振モードを有するようにするダイアフラム（１０）と、ダイアフラム（１０）に結合されダイアフラム（１０）とエネルギーを交換するように適合された駆動部を有する電気機械式変換器と、ダイアフラムに結合され又は一体化された少なくとも１つの機械インピーダンス手段（２０、２２、２４）とを備え、変換器の駆動部（２６）及び少なくとも１つの機械インピーダンス手段（２０、２２、２４）の位置決めと質量は、ダイアフラム（１０）の領域にわたって正味の横断モード速度がゼロになる傾向があることを特徴とする音響装置。ある面積とピストン−モード移行を含む動作周波数帯域とを有するダイアフラムを備えた音響装置を形成する方法であって、動作周波数帯域内に共振モードを有するようにダイアフラムのパラメータを選択する段階と、電気機械式変換器の駆動部をダイアフラムに結合してダイアフラムとエネルギーを交換する段階と、ダイアフラムに少なくとも１つの機械インピーダンス手段を追加する段階と、面積にわたる正味の横断モード速度がゼロになる傾向にあるように変換器の駆動部の位置決めと質量及び少なくとも１つの機械インピーダンスの位置決めと質量を選択する段階とを含む方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラウドスピーカ及びマイクロフォンなどの音響装置に関し、より詳細には撓み波装置に関する。

第１原理により、ピストン式ラウドスピーカのダイアフラムに加えられる点荷重は、自然にフラットな周波数応答をもたらすが、高周波数で降下するパワー応答をもたらすことになる。これは、放射波長がダイアフラムの長さｌ又は円形ダイアフラムの直径の半分すなわち半径ａと同程度になると、すなわちｋａが２を超えるか又はｋｌが４を超える（ｋは波数周波数）と変化する放射結合に起因する。しかしながら、理論的に自由に装着された撓み波パネルスピーカでは、純粋な力すなわち質量ゼロの点駆動は、周波数に対してフラットな音圧とフラットな音響パワーの両方をもたらすことになる。

しかしながら、実際の撓み波パネルは、サスペンション上に支持され、質量を含む複素駆動点インピーダンスを備えた励振器を有する。このような物体は、理論的上の予測と比べると平坦でない周波数応答を明らかに示すことになる。これは、ここではパネルのモード特性の不平衡を示す種々の質量及びコンプライアンスに起因する。モード密度が十分に高い場合、より均一な音響応答に対してモードが周波数全体にわたり有利に分布されるようにシステムを設計することができる。しかしながら、この分布モード法は、モードが散在し、満足できる周波数応答を構築するには全体的に不十分な低い撓み周波数においてはあまり有効ではない可能性がある。

ピストン式に対する格差を埋めるように最も低い撓み波周波数に至るまで、すなわち全領域にわたりフラットな音圧及びパワー応答にする目標に必要とされるのは、モード平衡の理論的条件を再構築することである。これが達成できると、調整されたモード平衡により、実際のパネルの音響作用が望ましい理論的条件に戻される。これは、新しい種類のラウドスピーカ放射体をもたらすことになり、この場合、パワー又は周波数の点で放射応答は駆動点質量に依存しない。

実際にダイアフラム及び駆動方法を利用する変換器及びラウドスピーカの設計者の目標は、本質的に周波数に依存しない動作を得ることである。この第１の目的が実現されると、設計者は他の望ましい特性を設計することができる。

本発明によれば、ある面積と動作周波数帯域とを有し該動作周波数帯域内に共振モードを有するようにするダイアフラムと、該ダイアフラムに結合され該ダイアフラムとエネルギーを交換するように適合された駆動部を有する電気機械式変換器と、該ダイアフラムに結合され又は一体化された少なくとも１つの機械インピーダンス手段と、を備え、該変換器の駆動部及び少なくとも１つの機械インピーダンス手段の位置決めと質量は、領域にわたって正味の横断モード速度がゼロになる傾向にあることを特徴とする音響装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、ある面積と動作周波数帯域とを有するダイアフラムを備えた音響装置を形成する方法であって、動作周波数帯域内に共振モードを有するようにダイアフラムのパラメータを選択する段階と、電気機械式変換器の駆動部をダイアフラムに結合してダイアフラムとエネルギーを交換する段階と、ダイアフラムに少なくとも１つの機械インピーダンスを追加する段階と、面積にわたる正味の横断モード速度がゼロになる傾向にあるように変換器の駆動部の位置決めと質量及び少なくとも１つの機械インピーダンスの位置決めと質量を選択する段階とを含む方法が提供される。

少なくとも１つの機械インピーダンス手段の機械インピーダンスＺ（ω）は、次式で定義される。
Ｚ（ω）＝ｊ・ω・Ｍ（ω）＋ｋ（ω）／（ｊ・ω）＋Ｒ（ω）
ここで、
ωはラジアン／秒単位の周波数、
Ｍ（ω）は素子の質量、
ｋ（ω）は素子の剛性、
Ｒ（ω）は素子の減衰。
である。

少なくとも１つの機械インピーダンス手段は、例えばダイアフラムに結合された、例えば質量体又はサスペンションである個別の素子とすることができる。或いは、ダイアフラムは、面積に応じて変動する質量、剛性、及び／又は減衰を有することができ、これらは、選択された位置で少なくとも１つの機械インピーダンス手段を提供する。このようにして、機械インピーダンス手段は、ダイアフラムと一体化される。例えば、ダイアフラムは、例えば成形プロセスによってダイアフラムの一方又は両方の表面上の平面外の隆起又は突起を含む様々な厚さで形成することができる。隆起又は突起は、機械インピーダンス手段として作用することができる。

面積にわたる正味の横断モード速度は、位相相殺によって影響を受けないｒｍｓ（二乗平均）横断変位を計算することによって定量化することができる。例証として、円形のダイアフラムに対し、ｒｍｓ横断変位は、次式から計算することができる。

ここで、
Ｒはダイアフラムの半径、
Ψ（ｒ）はモード形状
である。
特定の音響装置のメリットの程度は、相対平均変位
Ψ_rel＝Ψ_mean／Ψ_rms
から計算することができる。
ここで円形のダイアフラムに対して、平均横断変位は、

である。

最良の平衡化のために平均横断変位は小さい必要がある。面積にわたる正味の横断モード速度がゼロである場合、相対平均変位も又ゼロになる。最悪の場合には、相対平均変位は１に等しくなる。ゼロになる傾向がある面積にわたる正味の横断モード速度を実現させるために、相対平均変位は０．２５よりも小さいか、又は０．１８よりも小さくすることができる。換言すれば、ゼロになる傾向がある面積にわたる正味の横断モード速度は、相対平均変位がｒｍｓ横断速度の２５％よりも小さい、又は好ましくは１８％よりも小さい場合に実現することができる。

ゼロの正味の横断モード速度では、「全体変位」又は「ピストン」モードを除いて、モードがゼロの平均変位を有する（すなわち、発振器平面上のモード形状によって囲まれる面積が平面の下の面積と等しい）程度まで、ダイアフラムのモードを慣性的に平衡させる必要がある。これは、正味の加速度、従ってオン・アクシス圧力応答が、あらゆる周波数において動作のピストン成分によってのみ決定付けられることを意味する。

例えば、点音源によって駆動される自由端部を有する均一な単位面積あたり質量のプレートのような、全ての非ピストン式モードがゼロ平均変位を有する広範な種類の物体が存在する。しかしながら、このような物体は、実際には点駆動及び自由端部が実現可能ではないので、理論的な音響装置を表す。

ゼロになる傾向がある正味の横断モード速度は、ノード等高線従って実際の音響装置のモード及び速度プロファイルを理想の理論装置（例えば自由振動ダイアフラム）のモード及び速度プロファイル上でこれに数学的にマッピングすることによって実現することができる。数学的には、マッピングとは、ある集合Ｘの各要素ｘを別の集合Ｙの一意の要素ｙに関係付ける定則である。マッピングは関数ｆとして表現され、すなわち：
ｙ＝ｆ（ｘ）
である。Ｘからマッピングされない要素が残されておらず、ｘの各値がｙの１つの値だけに割り当てられている場合にだけ、ＸからＹへのマッピングということができる。

これを実現するための１つの方法は、理想の理論音響装置のモードに対して駆動点インピーダンスＺｍが最大である場所、或いはアドミタンスＹｍが最小である場所を計算し、これらの位置に駆動部及び／又は少なくとも１つの機械インピーダンス手段を装着することである。アドミタンスは、インピーダンスの逆数である（Ｚｍ＝１／Ｙｍ）。

例えば円形の場合では、この場所は、ダイアフラムの駆動直径を該ダイアフラムの中心と周縁部との間で変化させて、駆動直径が変化するときの平均駆動点のアドミタンスを計算し、次いで、アドミタンスの最小値によって得られた位置に機械インピーダンスを付加することで算出することができる。

インピーダンスＺｍ及びアドミタンスＹｍは、モードの合計から計算されるので、これらの値はその合計に含まれるモードの数に依存する。第１のモードだけが考慮される場合、この場所はそのモードのノード線上又は極めて近傍に位置する。より一般的には、この場所は、考慮される最も高いモードのノード近傍にある傾向となるであろうが、他のモードの影響を受けることは、相関性が正確ではない可能性があることを意味する。それでも尚、設計の解決策に対して選択される最も高いモードのノード線の場所は受け入れ可能とすることができる。最初の３つのモードからの解決策は、最初の２つのモードからの解決策の拡張ではなく、以下同様である。その位置は、平均のノード場所とみなすことができ、従って、変換器及び／又は少なくとも１つの機械インピーダンス手段の駆動部は、動作周波数内のモードの平均のノード位置に位置付けることができる。

アドミタンスを使用する代わりに、機械インピーダンス手段がシステムの一体部分であるモデルを定義し、該モデルを最適化してゼロになる傾向がある正味の容積変位を規定することによって、機械インピーダンス手段の場所を計算することができる。例えば円形のダイアフラムの場合、モデルは、同一材料の同軸リングを含み、リングの接合部に円形の線質量体を有するディスクとして定義することができる。正味の容積変位は、次式から計算することができる。

ここで、
Ｒはダイアフラムの半径、
Ψ（ｒ）はモード形状
である。

或いは、機械インピーダンス手段の場所は、機械インピーダンス手段がシステムの一体部分であるモデルを定義し、該モデルを最適化してゼロになる傾向がある相対的な平均変位を規定することによって計算することができる。
異なる方法の組み合わせも又使用することができ、例えば、第３のモードのノード線に機械インピーダンス手段を装着し、最適化を用いて、最初の２つのモードを処理することができる。

変換器の場所は、平均速度が低いすなわちアドミタンスが最小の位置である。標準分布モードラウドスピーカに対する標準的な教示は、できるだけ多くのノードにできるだけ均等に結合するようにするため、最も平滑なインピーダンスを有する場所に変換器を装着することである。従って、１つの観点から、上述の発明は分布モードの発明と異なる。

ダイアフラムのパラメータは、形状、サイズ（アスペクト比）、撓み剛性、表面積密度、剪断弾性係数、異方性、及び減衰性を含む。パラメータは、異なる用途に対する性能を最適化するように選択することができる。例えば、長さ又は直径が５から８ｃｍの小さなダイアフラムの場合、ダイアフラムの材料は、望ましい周波数動作帯域上限において２つのモードだけを有する、比較的剛性のある軽量のダイアフラムを提供するように選択することができる。２つのモードだけしか存在しないので、これらのモードを平衡させることによって比較的低コストで良好な音響放射を実現することができる。或いは、例えば長さ又は直径が２５ｃｍの大きなパネルの場合、ピストン帯域では良好な周波数パワーを有し、ダイアフラムの材料及び厚さは、例えば１ｋＨｚを超える中間帯域に第１のモードを配置するように選択することができる。次いで、最大で７番目又はそれよりも大きな一連のモードは、平衡が取られ、良好なパワー均一性を有する広範な周波数応答と、周波数に対して十分に保持されたオフアクシス応答を達成することができる。

設計では、パラメータの変動の相対的作用は妥当であり、モード放射の平衡は、撓み剛性よりも表面積密度の均一性により多く依存する。例えば、単純な円形のダイアフラムの場合、２対１までの撓み剛性の異方性は、性能に関して適度な効果を有するだけであり、４対１までは許容される。高剪断を利用して、高周波で効率の低下を生じさせる可能性がある。

変換器は、ダイアフラムを平行移動させるように適合することができる。変換器は、駆動部を形成するボイスコイルと磁石システムとを有する可動コイル装置とすることができる。弾性サスペンションは、ダイアフラムをシャーシに結合することができる。磁石システムは、シャーシに接地することができる。サスペンションは、動作周波数帯域内のモードの平均のノード位置に位置付けることができる。ボイスコイルがダイアフラムに結合される位置は、前記サスペンションがダイアフラムに結合される位置とは異なる位置にすることができる。

動作周波数帯域は、ピストン−モード移行を含むことができる。ダイアフラムのパラメータは、ピストン帯域の上の動作周波数帯域内に２つ又はそれ以上のダイアフラムモードが存在するようにすることができる。

ダイアフラムは、円形の周縁部と質量中心とを有することができる。ダイアフラムのパラメータは、第１のダイアフラムモードがｋａ＝２（ｋは波数、ａはメートル（ｍ）で測定されたダイアフラムの半径、ｋの単位はｍ^-1）未満であるようにすることができる。例えばこれは、適切な剛性を有するパネル材料を選択することによって実現することができる。パネル材料の剛性はまた、コインシデンス周波数を位置付けて指向性を制御するのを助けるのに使用することもできる。

ダイアフラムは、撓み剛性に関して異方性とすることができる。ダイアフラムの撓み剛性の適度な異方性は、結果として得られるモード場所をｒｍｓ（二乗平均値）での平均化に合わせて設計することができる。（例証としての）ｘ＝２ｙの楕円形ダイアフラムの場合、純粋な円形等価モード結果が１６対１の対応する剛性比で実現することができる。このように、ダイアフラムは楕円形とすることができ、更に撓み剛性に関して異方性とすることができるので、その結果、異方性材料の円形ダイアフラムと同様に動作する。

例えば円形の場合では、異方性は、共振モードの実際の周波数を変えることになるが、円形モードの特性は強力であり、これはダイアフラム上で自ずと明らかになる。上述のように、４対１までの適度な異方性は許容される。

少なくとも１つの機械インピーダンス手段は、円形又は楕円形とすることができる環状質量体の形態とすることができる。幾つかの環状質量体は、動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置でダイアフラムと結合するか又は一体化することができる。質量体の重量は、ダイアフラムの中心に向けて小さくすることができる。上記又は各環状質量体は、個々の質量体のアレイによって形成することができる。３つよりも多いこのような質量体で十分とすることができ、６つのこのような質量体では連続する環状質量体と同等とするのに十分である。質量体及び／又はサスペンションの質量は、ボイスコイルの質量に対してスケーリングすることができる。

減衰手段は、パネル速度が高速の場所でダイアフラム上に配置するか又はダイアフラムと一体化することができ、これにより選択されたモードが減衰される。円形又は楕円形パネルの場合、減衰手段は、パネル速度が高速の環状部に配置されたパッドの形態とすることができる。撓み波装置では、パネル速度が高速の領域は、パネルの最大曲率の領域である。減衰（拘束された層又は非拘束の層のいずれでも）は、可能な最大限の撓みにより最大歪みを受けるときに最も効果的である。

全ての周波数に対してパネルの中心と端部に最大撓み曲率が存在するので、従って中心及び／又は端部の減衰を使用することが知られているが、中心減衰が好ましい。しかしながら、異なるモード次数の場合、中心領域と端部領域間に異なる直径比率においてもパネル速度の高速領域が存在する。従って、中心及び／又は端部領域だけで減衰を使用すると、正確に減衰されたオン・アクシス応答を与えるが、減衰されていない高速領域からのオフアクシスの寄与は、オフアクシス応答の十分な減衰がないことを意味する。パネル速度が高速の環状部に減衰パッドを配置することでこの問題が対処される。

モードは、音響応答で望ましくないピークを引き起こすので、選択することができ、減衰パッドの効果は、このピークを減少又は除去することである。減衰は付加されるものではなく、異なるモードでは減衰が異なる場所にあることを必要とする。減衰パッドは、例えば減衰の精度が更に必要とされる場合に、１つより多い場所に装着することができる。しかしながら、全体のパネルをカバーする減衰層全体の適用は回避すべきである。

選択された１つ又は複数のモードの減衰により、全体のパネルを減衰する必要性が回避されるので感度の損失はない。選択されたモードの全体は減衰することができ、すなわちオン・アクシスとオフアクシスが共に減衰される。更に、低周波数モードはあまり減衰されないので、減衰されるモードよりも下のラウドスピーカの特性は保存される。

減衰パッドは、連続した環状パッドとすることができ、又はセグメント化することができ、これにより小片の非円形減衰が使用される。或いは、減衰される必要がある応答ピークの振幅に応じて、環状の部分だけを減衰させることができる。

円形及び楕円形状の場合、ダイアフラムの周縁部と同心のノード線を有する半径方向モードと、ダイアフラムの半径上にノード線を有する軸方向モードの２つのタイプのモードがある。軸方向のモードは、二次モードであり一般に音響的には重要ではない。しかしながら、必要に応じて、機械インピーダンス手段の協働した調整によりこれらの軽減、減衰、又は最小化することさえ可能である。例えば、ダイアフラムの平面に剛性を付与すると、半径方向モードの平衡に影響を及ぼすことなく、軸方向のモードに関してダイアフラムが強化されることになる。軸方向のモードはまた、幾つかの文献では「ベル」モードとも呼ばれる。

ダイアフラムのパラメータは、動作周波数帯域内に２つのダイアフラムの半径方向モードが存在するように選択することができる。環状質量体は、直径比０．３９と０．８４のいずれか又は全てに配置することができ、それによりこれら２つのモードは平衡が取られる。第３の半径方向モードが動作周波数帯域内にある場合、直径比０．４３と０．７４のいずれか又は全てに減衰パッドを配置することができる。或いは、環状質量体は、実質的に直径比０．２６、０．５９、及び０．８９のいずれか又は全てに配置することができ、これにより最初の３つのモードの平衡が取られる。

動作周波数帯域内に第４の半径方向モードがある場合、直径比０．３２、０．５２、及び０．７７のいずれか又は全てに減衰パッドを配置することができ、これにより第４のパッドが減衰される。或いは、環状質量体は、実質的に直径比０．２、０．４４、０．６９、及び０．９１のいずれか又は全てに配置することができ、これにより最初の４つのモードの平衡が取られる。

動作周波数帯域内に第５の半径方向モードがある場合、直径比０．２７、０．４８、０．６３及び０．８１のいずれか又は全てに減衰パッドを配置することができ、これにより第５のパッドが減衰される。或いは、環状質量体は、実質的に直径比０．１７、０．３５、０．５４、０．７３５及び０．９１５のいずれか又は全てに配置することができる。周波数帯域内に追加のモードがある場合、既に概説された基本的方法に従って平衡を取るためにより多くの数のモードを選択することができる。

ダイアフラムは環状にすることができる。以下の表は、孔サイズがパネル半径の０．０５から０．３５の範囲における質量体とボイスコイルの利用可能な環状の場所を示している。最も内側の場所は、孔のサイズに最も影響される。
２つの半径方向モードが考慮される場合の場所：

３つの半径方向モードが考慮される場合の場所：

４つの半径方向モードが考慮される場合の場所：

例えば、ダイアフラムは、直径比０．２の孔を含むことができ、環状質量体は、実質的に直径比０．３３、０．６２、及び０．９１のいずれか又は全てに配置することができ、これにより３つのモードの平衡が取られる。或いは、環状質量体は、実質的に直径比０．２３、０．４６、０．７、及び０．９２のいずれか又は全てに配置することができ、これにより４つのモードの平衡が取られる。

ダイアフラムは、略矩形とし、質量中心を有することができる。ダイアフラムのパラメータは、第１のダイアフラムのモードがｋｌ＝４を下回るようにすることができ、ここでｋがモードの数（単位ｍ−１）、ｌがメートル（ｍ）単位のパネル長である。

サスペンション、変換器の駆動部、及び／又は少なくとも１つの機械インピーダンス手段は、ダイアフラムの質量中心及び周縁部から離れた対向する位置に位置付けることができる。ダイアフラムの単位面積当たりの質量が均一な場合、これらの対向する位置は、質量中心から等距離とすることができる。機械インピーダンス手段は、ダイアフラムの質量中心から離間した対向する位置に位置付けられた一対の質量体の形態とすることができる。

ダイアフラムはビーム状、すなわち細長い矩形表面積を有することができ、モードはビームの長軸に沿って存在することができる。変換器、対の質量体、及び／又はサスペンションは、ビームの長軸に沿ってダイアフラムに結合することができる。

動作周波数帯域中に２つのモードがある場合、質量体の対は、実質的に質量中心からの比０．２９及び０．８１のいずれか又は全てに配置することができる。質量体の対は、３つのモードの平衡が取られる場合には、実質的に質量中心からの比０．１９、０．５５、及び０．８８のいずれか又は全てに配置することができる。或いは、４つのモードの平衡が取られる場合には、質量体の対は、実質的に質量中心からの比０．１５、０．４、０．６８、及び０．９１のいずれか又は全てに配置することができる。或いは、５つのモードの平衡が取られる場合には、質量体の対は、実質的に質量中心からの比０．１１、０．３１５、０．５３、０．７４、及び０．９３のいずれか又は全てに配置することができる。設計では、既に概説されたように基本的方法に従って平衡を取るためにより多くの数のモードを選択することができる。

ビーム状のダイアフラムの場合、ビームの短軸に平行なノード線を有するモードと、ビームの長軸に平行なノード線を有するクロスモードの２つのタイプのモードがある。クロスモードは二次モードであり、高周波数を除いて一般に音響的には重要ではない。パネルの幅に対する変換器の直径の比は、約０．８の値を有することができ、これにより最も低いクロスモードを有利に除去することができる。

ビームの厚さが可変である場合、上述の比率の概念は、剛性の変動によって決定付けられる平均ノード領域に関係する距離で置き換えることができる。剛性の分布が対称な場合、基準として中心を用いることは、中心からの半径と同等の意味で妥当であるが、ビームが剛性の非対称分布を有するときには、駆動及び質量体の場所は、ビームの一端を基準とする。

上述の実施形態の各々では、変換器のボイスコイルは、前記の比率の１つにおいてダイアフラムに結合することができる。円形又は環状のダイアフラムの場合、ボイスコイルはダイアフラム上に同心状に装着することができる。

矩形パネルの場合、各々が同じ比率を有する対向する位置又は異なる比率を有する２つの対向する位置に一対の変換器を装着することができる。或いは、各々が同じ比率を有する２つの対向する位置を変換器の駆動部が駆動するように単一の変換器を装着することができる。或いは、各々が同じ比率を有する対向する位置に変換器と平衡用質量体を装着することができ、質量体は、ピストン帯域に対してダイアフラムを力学的に補償する。しかしながら、ダイアフラムのピストン動作が必要とされない場合に、ダイアフラムの揺動を防止するこのような質量補償が制約条件ではない点は理解されるであろう。

ラウドスピーカは、軽量で剛体のカプラの形態のサイズアダプタを含むことができ、該アダプタは、駆動が平均的ノード位置にあるように好適な好都合の実利的フレームに嵌合するように選択されていたボイスコイルのサイズを適応させる。カプラは、第１の直径において変換器に結合することができ、第２の直径においてダイアフラムに結合される。第２の直径は、動作周波数帯域内のモードの第１の平均ノード位置である環状の場所とすることができる。

カプラは円錐台とすることができる。第１の直径は、第２の直径よりも大きくすることができ、これにより逆カプラで大きなコイル組立体をより小さな駆動軌跡に適合させることができ、円錐台カプラのより小さな端部をボイスコイル組立体に固定し、より大きな端部をダイアフラムに固定することによって、より小さなコイル組立体を大きな軌跡に適合させることができる。

小さなコイル駆動から期待されるより高い周波数に対するパワー応答を保持しながら、高パワー能力及び効率性のための特大ボイスコイル組立体の潜在的用途に関する更なる利点を手に入れることができる。反対に、適度なコストのものである場合が多い小さなボイスコイル組立体は、ここではより大きな駆動円に適合させることができる。この場合、第１の直径が第２の直径よりも小さくてもよい。例えば、円形ダイアフラムの最大周波数に対するより広い指向性のために、設計者は、直接駆動又は減少カプラを介した駆動のいずれであってもより小さなボイス駆動円を選択することになる。或いは、より高効率と最大音響レベルが要求される場合には、例えばダイアフラム上のより大きな半径の平均ノード線のようなより大きなボイスコイルがより大きな駆動円に適合される。

サスペンションは、実質的に外側比率のいずれにおいてもダイアフラムに結合することができる。サスペンション用の好適な材料は、成形ゴム又は弾性ポリマー発泡プラスチックを含む。サスペンションの効果的な質量は、周波数に伴って僅かに移動する場合があり、質量自体が周波数と共に変化する可能性がある。これは、サスペンションの組成及び幾何学的形状寸法が、周波数に伴って特性が変化する複素機械インピーダンスを生じる場合があるためである。

設計では、パネル上のサスペンションの物理的な位置を調整し、動作周波数帯域において最も良好な全体適合を求めることができる。付加的又は代替として、サスペンションの特性は、例えばＦＥＡを使用して、有効な質量中心、減衰及び剛性を解明し、従ってパネル上の配置を容易にするためにモデル化することができる。

機械インピーダンス手段の場所に関して±５％と±１０％との間の許容差は、ダイアフラムの特性によっては許容可能とすることができる。機械インピーダンス手段の質量に関する±５％と±１０％との間の許容差も又同様に許容可能とすることができる。一般的に、質量変化に対する許容差は、場所の変化に対する許容差よりも大きい。

自己支持するという意味では、ダイアフラムは剛性があるのが好ましい。ダイアフラムは、モノシリック、層状、又は複合構造とすることができる。複合構造のダイアフラムは、２つのスキンの間に挟まれたコアを有する材料で作ることができる。好適なコアは、紙製コア、ハニカムコア、又は波形プラスチックコアを含み、コアは長手方向又は半径方向に溝付きであってもよい。好適なスキンは、紙、アルミニウム、及びポリマープラスチックを含む。１つの適切な複合材料は、Ｃｏｒｒｅｘ（登録商標）である。使用される材料は、織成り又は一方向硬化ファイバによって等方性又は異方性に強化することができる。

ダイアフラムは、平面状又は皿状にすることができる。「皿状」という用語は、円形又は楕円形のいずれかの円錐状セクション及び複合曲線を含む、皿状、アーチ状、又はドーム状のいずれかに関わらず全ての非平面のダイアフラムをカバーするものとする。皿状の形態は、中心部に平面セクションを有することができる。ダイアフラムは、長さと共に変化する厚さ又は幅を有することができる。

ラウドスピーカは、開口を含むことができる。第２のダイアフラムは、開口に装着することができる。第２のダイアフラムは、動作を第１のダイアフラムと同様にすることができ、例えば、第１の平均ノード位置に変換器を結合させることができ、第２の平均ノード位置に少なくとも１つの質量体を結合させることができる。或いは、第２のダイアフラムは、ピストン式又は撓みモード装置として動作することができる。

シール部材を開口部に装着することができ、これにより開口部は実質上音響的にシールされて音響出力の漏洩が防止される。ダイアフラムの外側の半径に対するシールの半径の比率は、望ましい音響応答を実現するように調整することができる追加のパラメータである。

音響装置は、エンクロージャに取り付けてもよく、エンクロージャの音響特性を選択して、音響装置の性能を改善することができる。

音響装置は、変換器に印加される電気信号に応答して該変換器がダイアフラムに撓み波エネルギーを加えるように適合され、ダイアフラムが放射領域にわたって音響音を放射するように適合されているラウドスピーカとすることができる。或いは、音響装置は、音響音が入射したときに振動するようにダイアフラムが適合され、振動を電気信号に変換するように変換器が適合されたマイクロフォンとすることができる。

従って、本発明の方法及び音響装置は、撓み波モードの活用に関する。対照的に、ピストン及び円錐体に関連する従来技術では、例えば減衰又は特定の構造的態様及び駆動結合の態様を使用することによってモード特性を妨げようとした。しかしながら、本発明の音響装置は最低撓み周波数に関係する。該音響装置は、これら撓み波モードが稠密又は均一に分布することを必要としない。対処されるモードは放射を促進されるが、これらのオン・アクシスの寄与は、動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置での変換器、サスペンション、及び／又は質量体の装着によって平衡が取られた放射である。

本発明は、関連する質量体のない理論上の純粋な点荷重によって駆動して撓ませる単純な自由プレートすなわちダイアフラムによって放射される音響原理を利用する。この点荷重は、例えば電気力学的変換器又は励振器のボイスコイル組立体に起因する、不可避的に質量体を伴うことになるメカニズムによって印加される必要があるので、このことは実際には実現することができない。同様に、実際の力はまた、円形コイル巻型におけるように、一般的には単一の点にではなく線に沿ってプレートに与えられることになる。

音響装置の設計者は、本発明の原理の範囲内で自由度を有し、周波数と共に全体的に又は選択的に正味の横断モード速度を調整することによって、変動する状況及び用途に対して性能を調整する。例えば、車両において聴音者はオフアクシスであるような、特定の用途に対して異なる周波数又は異なる放射角度で異なる周波数特性が要求される場合がある。

本発明の以下の態様はまた同一の原理を利用し同じ副次的な機能を有する。

本発明の別の態様によれば、円形の周縁部及び質量中心を有し動作周波数帯域内に共振モードを有するようにするダイアフラムと、該ダイアフラムに結合されて変換器に印加された電気信号に応答してダイアフラムに撓み波エネルギーを加えるように適合され、動作周波数帯域内のモードの第１の平均ノード位置で該ダイアフラムに結合されている変換器と、動作周波数帯域内のモードの第２の平均ノード位置でダイアフラムと結合又は一体化された少なくとも１つの質量体とを備えた動作周波数帯域を有する音響装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、質量中心を有し動作周波数帯域内に共振モードを有するようにするダイアフラムと、該ダイアフラムに結合されて変換器に印加された電気信号に応答してダイアフラムに撓み波エネルギーを加えるように適合され、ダイアフラムの質量中心から間隔を置いて配置された対向する位置及び動作周波数帯域内のモードの第１の平均ノード位置でダイアフラムに結合された変換器手段と、ダイアフラムの質量中心から間隔を置いて配置された対向する位置でダイアフラムと一体化又は結合され、動作周波数帯域内のモードの第２の平均ノード位置に位置付けられた少なくとも１対の質量体とを備えた動作周波数帯域を有するラウドスピーカが提供される。

本発明の更に別の態様によれば、本発明は、動作周波数帯域を有し、円形の周縁部及び質量中心を有する平面ダイアフラムを備えたラウドスピーカを形成する方法であって、該方法は、動作周波数帯域内に共振モードを有するようにダイアフラムのパラメータを選択する段階と、変換器をダイアフラムの質量中心と同心円状にダイアフラムに結合し変換器に印加された電気信号に応答して撓み波エネルギーを加える段階と、該ダイアフラムの質量中心と同心円状で且つダイアフラムの周縁部から離間し、動作周波数帯域のモードの平均ノード位置の環状部に位置付けられるようにダイアフラムに弾性サスペンションを結合する段階とを含む。

別の態様によれば、本発明は、動作周波数帯域を有し、円形の周縁部及び質量中心を有する平面ダイアフラムを備えたラウドスピーカを形成する方法であって、該方法は、動作周波数帯域内に共振モードを有するようにダイアフラムのパラメータを選択する段階と、変換器をダイアフラムに結合し、動作周波数帯域内のモードの第１の平均ノード位置で変換器に印加された電気信号に応答して撓み波エネルギーを加える段階と、動作周波数帯域内のモードの第２の平均ノード位置でダイアフラムに少なくとも１つの質量体を付加する段階とを含む。

本発明は、添付図面において例証として図式的に示される。
図１ａ及び図１ｂは、円形パネル１０の形態のダイアフラムと、該パネル１０に同心円状に装着されたボイスコイル２６を有する変換器１２とを備えたラウドスピーカを示す。３つのリング状（又は環状）の質量体２０、２２、２４が、接着テープを使用してパネル１０に同心円状に装着されている。ボイスコイル及び質量体は、位置１から位置４と呼ぶことができる環状位置に配置され、位置１が最も内側の場所にあり、位置４が最も外側の場所にある。

パネル及び変換器は、円形サスペンション１８によってパネル１０が取り付けられるフランジ１６を含む円形のシャーシ１４に支持される。フランジ１６は、パネル１０の周縁部から間隔を置いて配置されてこれを囲み、サスペンション１８は、パネル１０の周縁部から間隔を置いて配置された環状部に取り付けられる。このようにしてパネル端部は自由に動き、この場所にアンチノードがあるのでこれは重要なことである。同様に、パネルの中心にもアンチノードがあるので、この場所には質量体は配置されない。変換器１２は、シャーシ１４に接地される。

パネル１０は、等方性材料すなわち厚さ５ｍｍのＲｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）（発泡性ポリメチルイミド）で作られ、直径が１２５ｍｍである。質量体は真鍮性ストリップであり、厚さが１ｍｍである。ボイスコイル２６、各質量体、及びサスペンションの場所は、パネルのモードの平均ノード位置であり、これは動作周波数帯域内に現れ、図７から１０で説明されるように計算される。

質量体の値は、図１１ａから１１ｅで説明されるように、質量体の場所とボイスコイルの質量に対してスケーリングされる。その値を以下の表に示す。

図２ａ及び図２ｂは、３つのリング質量体を有するラウドスピーカ（実線）と質量体のないラウドスピーカ（破線）のオン・アクシス音圧及び半空間パワーを示す。質量体を有するラウドスピーカは、拡張オフアクシス周波数応答を有し、聴音領域にわたって改善された音質と明瞭度を有する。別の利点は、質量体を有する装置が周波数に伴なう有意な遅延が一貫してないことである。従って、正確なステレオイメージを形成することができる。

質量体のないラウドスピーカダイアフラム組立体の質量は、１１．８ｇであり、質量体が更に１０．８ｇを追加する。図２ａ及び図２ｂに示されるように、この特別な設計は、ピストン領域（すなわち６００Ｈよりも下）で約６ｄＢの損失につながる。図３に示されるように、装置の周波数帯域は、有限要素解析（ＦＥＡ）によって求められるパネルのモードによって帯域分割することができる（破線で示される）。各帯域は、関連付けられた特定の質量体を有し、質量体が大きくなるとその帯域の感度が低下し、逆も又同様である。ピストン領域の感度は、最も外側の位置の質量体によって制御される。周縁部に向かってパネルの機械インピーダンスが低下し、従って、最も外側の位置ではより小さな質量体を必要とする可能性がある。

図４ａは、位置４で合計質量が１．２５ｇだけ減少した場合の作用を示している。破線は、減少した質量体に対する応答を示し、実線はこれよりも大きな質量体に対する応答を示す。予想通り、１５０から６００Ｈｚで感度が向上している。しかしながら、中間帯域で感度の低下があり、これは最も外側の位置の質量体が４ｋＨｚまで周波数応答に影響を及ぼすことを示唆している。１５０Ｈｚを下回ると感度は変わらない。サスペンションの質量の寄与度は周波数に伴って変動する可能性があり、質量の寄与度は８５Ｈｚで求められたが、これはより高い周波数ではモードを正確に平衡させることに関して誤差の発生源となる可能性がある。

図４ｂ及び図４ｃは、最も外側の位置の質量体の減少がどのように実現されるかを示している。図４ｂ（及び図１ａ）の装置で使用されたサスペンション１８は、半円形セクション３４の両側に延びる２つの同じ大きさにされたフランジ３０、３２を含む対称断面を有する。フランジ３０、３２は、パネル１０及びシャーシのフランジ１６にそれぞれ取り付けられる。図４ｃでは、パネル１０に取り付けられたフランジ３６の大部分が除かれ、サスペンションの質量が０．２５ｇだけ低減されている。質量体４０もまた１ｇにまで低減され、全体で１．２５ｇの低減を可能にする。

図２ａ及び図２ｂは、パネル端部からの回折が存在することを示唆している。図５ａは、バッフル２８に装着された図１ａの装置を示す。図５ｂは、バッフルを有する装置（実線）とバッフルのない装置（破線）の感度のシミュレーションを示す。装置をバッフルに面一に取り付けると、高周波数で見られる干渉パターンが平滑になる。

第２の実施形態では、パネル材料が１ｍｍ厚さのアルミニウムに変更され、以下の表で材料特性とモード値を比較している。

アルミニウムパネルは、有意に高い撓み剛性を有する。これはオン・アクシス音圧又は音響パワーを大幅に変えることはないが、モード周波数を変化させる。従って一般的には、パネル直径に対してパネルが十分に迅速なモード性を確実に有するように剛性を選択して調整し、高周波数への拡張及び平滑性の利点を備えた良好な音響パワーをもたらすことができる。加えて、モードの周波数は、各パネル剛性に対して異なるが、第１のモードに対する各モードの周波数の比率は同じであり以下に示される。従って、ボイスコイル、質量体、及びサスペンションに対する環状位置は同じままである。加えて、第５のモードの周波数が第１のモードの周波数の２７倍であるので、最初の５つのモードを処理することにより、モード平衡化の約６オクターブの有効範囲を達成し、ピストン領域へ追加することができる。

図６ａ及び図６ｂは、アルミニウムパネルを使用した装置のオン・アクシス音圧及び１８０出力を示す。実線は質量体のある装置、破線は質量体なしの装置を示す。図示のように、質量体のない装置は使用できないが、３つの質量体を追加することにより有意な性能の改善が得られる。最も大きな改善は、中間帯域、特に第２のモードの周波数である２．６ｋＨｚ近傍で示される。アルミニウムパネルはかなり重量があり減衰性が小さいので、Ｒｏｈａｃｅｌｌ（商標）パネルを使用した実施形態ほど改善は顕著ではない。従って、パネル質量に対する追加質量の比率が低下し、全体の感度の損失が小さくなる。恐らくは第６のモードに起因して、１６ｋＨｚでの大きなピークは、図示の質量体の追加によって影響を受けないようである。

図７ａから図１０までは、質量体及びサスペンションの環状位置と図１ａ及び図６ａの装置の駆動場所を選択するための方法を示している。図７ａは、パネルの中心に加えられた質量を持たない点荷重によって駆動される、自由な円形の平坦な剛体パネルを含む理論上のピストン式ラウドスピーカの音圧レベルと音響パワーレベルを示す。音圧は周波数に対して一定であるが、音響パワーは、約１ｋＨｚまでは一定であり、これを越えると周波数の増加に伴って徐々に低下する。［ｋａ＞２］

図７ｂは、パネル中心に加えられた質量を持たない点荷重によって駆動される自由共振円形パネルを含む理論上のラウドスピーカの音圧及び音響パワーレベルを示す。音圧はやはり周波数に対してほぼ一定であるが、ここでは音響パワーの低下は図７ａに示されたものに比べて有意に改善されている。パネルモードは、モデルが電気力学的減衰を使用しないので、ここでは解析に対して見ることができる。モードが見えない場合には、自由共振円形パネルは、一定のオン・アクシス音圧並びにほぼ一定の音響パワーを出力する。

図７ｃは、図７ｂのものと同等であるが、直径が２５ｍｍでボイスコイルの設計（材料、巻数など）に応じた有限の質量体を有するボイスコイルを備えた変換器によって駆動される、実際のラウドスピーカの音圧及び音響パワーレベルを示している。周波数に伴う音響パワーの低下は、図７ａのものと比較して依然として改善されている。しかしながら、ここではオン・アクシス音圧と音響パワーの両方が周波数に対してもはや一定ではない。

ラウドスピーカは軸対象であるので、モードに対し単純なモデル化を使用することができる。図８は、図７ｂと図７ｃのラウドスピーカの発振器平面の最初の５つのモードに対する速度プロファイルを示す。直線状の破線は対称軸を表し、点線は発振器平面である。２つのセットのモード間の適合度は低い。図７ｂの理論上理想のモードは、「全体変位」又は「ピストン」モードを除いた範囲まで慣性上の平衡が取られ、これらは全てゼロ平均変位を有する（すなわち、発振器平面より上のモード形状によって囲まれる領域は、平面より下のモード形状と同等である）。

対照的に、図７ｃの実際のラウドスピーカのモードは平衡が取られていない。しかしながら、この特性は、ノード等高線、従って実際のラウドスピーカのモードと速度プロファイルとを理論上理想のラウドスピーカのものに数学的にマッピングすることによって処理することができる。これは、理論上のラウドスピーカのモードにおいてアドミタンスＹｍが最小になる場所を計算し、これらの場所にボイスコイル、サスペンション、及び／又は質量体を装着することによって実現することができる。

図８の破線の曲線は、平均アドミタンス最小値又はノードを使用して補正された状況に相当する。図８に示されるように、破線のモードのセットは、点線のセットよりも実線のモードのセット（すなわち理論上の理想）に対して良好に適合性がある。図８では、垂直方向の破線は対称軸を表し、水平方向の点線は発振器平面である。

インピーダンスＺｍとアドミタンスＹｍの実数部は、モードの総和から計算され、従ってこれらの値は考慮されるモード数に依存する。アドミタンスＹｍと半径ρと共に変動するその対数平均μ（ρ）は、次式を用いて計算される。

ここで、
Ｎ＝モードの番号
Ｓ＝動作周波数帯域にわたるスケーリング係数
λ_i＝固有値≒（ｎ−１／２）・π／（１−ρ₀）；ρ₀＝０．２
ω＝周波数
γ（i,ρ）＝ｉ番目のモードのモード形状
である。

図９ａから９ｅまでは、それぞれ１から５までのモードに対するパネル直径を備えたＹｍの変動を示している。最小値は以下の表に示される。

減衰が殆どないパネルの場合には、各最小値の幅は極めて狭い。これは、環状の場所での装着が極めて限界に近い場合があり、許容差が僅か２％程度の場合があることを示唆している。これは、単独で取られた第１のモードについて特に当てはまる。ポリマーフィルム被覆発泡コアパネルなどの通常減衰を伴うパネルの場合、図９ｄ及び９ｅ、更に図３６ｅ及び３６ｆなどの以後の同様の図に見られるように、許容差は１０％程まで増大する可能性がある。

動作周波数帯域にわたって平均が取られるので、この範囲外の周波数におけるモードは結果に影響しない点に留意されたい。これは、ひとつには、一般に５以上の高いモードの影響がその前のモードよりも少ない理由を説明している。従って、より高いモードが関心対象の周波数帯域外にあり、パネルに適度の剪断剛性があるときに最初の４つのモードがマップされる場合には、より高次のモードを十分にマップすることができる。これが当てはまらない場合には、より高次のモード平衡を取ることが可能である。

本方法は十分に柔軟性があるので、設計者は特定のモードだけをマップすることができる。最初の４つ又は５つのモードに対して計算された環状の場所は、図１ａ及び図６ａの装置の質量体とボイスコイルの位置に対応する。

図９ｆは、環状の場所を理論上のラウドスピーカのモード形状と比較している。第１のモードには、ノード線５４の内側に２つの環状の場所５０、５２があり、外側には２つの環状位置５６、５８がある。モード次数が高くなると、ノード線５４の両側に配置された環状の場所が存在する。

図９ｇは、固定されることになるモード数が増大する（この場合８つまで）と、観測により漸近性になりそうなアドミタンス曲線のパターンがあるようであることを示している。内側及び外側の最小値の比率は、それぞれ約０．１３と０．９５の値に落ち着き始める。同様に、モード次数が高くなるにつれ、インピーダンスの最小値は互いにより近くなり、連続体に向かう。

最小値に装着される質量体は、依然として小さく且つ分離しており、別個の円として示される。ボイスコイル及びサスペンションの場所は、それぞれＣとＳで示される。実際には、質量体のサイズは十分に拡大することができ、図９ｈに示されるように表すことができる。ここでは、個別の質量体が拡大された矩形として示されており、殆ど接触している。別個の質量体は、この質量がパネルを剛性化しない場合には、単一の連続質量体に置き換えることができる。

図９ｉ及び図９ｊは、別個の質量体Ｍ１及びＭ２を使用するラウドスピーカ（実線）と連続質量体を使用するラウドスピーカ（破線）の音響音圧と音響パワーとを示す。解決策には少量の構造的減衰（５％）が印加される。

個別の質量体の解決策における場所は以下の通りであった。

連続質量体の解決策における場所は以下の通りであった。

連続質量体は、極めて可撓性のある薄いシェルとしてモデル化され、密度は好適であるがヤング率が非常に低く、従って、ダイアフラムのどのような剛性化も回避された。図９ｉ及び図９ｊはラウドスピーカの応答が同一ではないことを示しているが、連続質量体の解決策は許容可能な結果をもたらす。全体的感度には僅かな不利点があるように見えるが、連続質量体の代替案は実装がより簡単な場合がある。それにもかかわらず、特に連続質量体の解決策の設計はより限定的であり、コイル及びサスペンションの位置に対して漸近的な値を使用する必要があるので、個別の質量体の解決策の方が依然として望ましい。

連続質量体の固有減衰量が小さい場合には、連続質量体の解決策において望ましくないピークのうちの幾つかの振幅を低減することが可能な場合がある。これは、正確な質量と僅かな量の追加の減衰性とをもたらす可撓性製ゴムシート又は同様のものなどの材料を使用することによって実現することができる。

アドミタンスを使用する代替策として、ゼロになる傾向がある正味の横断モード速度を以下に述べる最適化により実現することができる。最初にモデルが定義され、例えば円形のダイアフラムにおいて、同一材料の同心円リングを含み且つ該リングの接合部に円形の線質量体を備えたディスクを考えると、モード周波数及びモード形状は次式から導出される。
Ｎ−モード固定；μｌ＝リング質量体の単位長さ当たりの質量
セクション０ Ψ₀＝Ａ₀・Ｊ０（ｋ・ｒ）＋Ｃ₀・Ｉ０（ｋ・ｒ）
セクションｎ＝１．．Ｎ Ψ_n＝Ａ_n・Ｊ０（ｋ・ｒ）＋Ｂ_n・Ｙ０（ｋ・ｒ）＋Ｃ_n・Ｉ０（ｋ・ｒ）＋Ｄ_n・Ｋ０（ｋ・ｒ）
境界
連続性
Ψ（ｋ・ｒ_n）_n＝Ψ（ｋ・ｒ_n)_n-1
Ψ’（ｋ・ｒ_n）_n＝Ψ（ｋ・ｒ_n) _n-1
ＭＲ（ｋ・ｒ_n）_n＝ＭＲ（ｋ・ｒ_n）_nー1
ＭＲ（ｋ・Ｒ）＝０
力の平衡
ＱＲ（ｋ・ｒ_n）_n＝ＱＲ（ｋ・ｒ_n）_n-1＋αｎ・μＩ・(ω2/(k3/B))・Ψ（ｋ・ｒ_n）_n-1

ＱＲ（ｋ・Ｒ）＝０
ここで、
Ψ₀は円形中心セクションのモード形状
Ψ_nはｎ番目のリングのモード形状
ｋは波数
ｒは半径
μｌはリング質量の単位長さ当たりの質量
Ｎは処理されるべき最も高いモードの数
Ｊ（０）は第１の種類の０次のベッセル関数
Ｙ（０）は第２の種類の０次のベッセル関数
Ｉ（０）は第１の種類の修正ベッセル関数
Ｋ（０）は第２の種類の修正ベッセル関数
Ａ_n、Ｂ_n、Ｃ_n、及びＤ_nは定数
ＭＲは撓みモーメントの半径方向の成分
ＱＲは剪断力の半径方向の成分
αはリング質量体の長さ当たりの質量と長さ当たりの基準質量との比率、一般的にはボイスコイルの比率であり、通常、最も外側のリングを除く全てのリングに対してα＝１である。
正味容積の変位は次式で計算される。

正味の容積変位がゼロである傾向にあるように固定値ｒに対して最も外側のα_Nを最適化することで、ｒ_Nの正確な値に応じて約０．７５と０．８０の間のα_Nの値が得られる。上述のアドミタンス法を使用して計算された平均ノード位置により、約０．７９と０．８０の間のα_Nの最適値が得られる。最後のモードに対して実際のノード位置を用いる場合には、０．７４から０．７６のα_Nの値が最適と思われる。

一例として、最適化法を用いて、３２ｍｍボイスコイルを有する変換器によって駆動される直径９２ｍｍのパネルが設計される。アドミタンス法を用いて計算される２つのモードの解決策により、ボイスコイルの半径方向場所０．４と０．８４が得られる。しかしながら、パネルに対するコイル直径の比率は０．３４８である。

Ｂ＝７Ｎｍ、μ＝０．４５ｋｇ／ｍ²、ν＝１／３、Ｒ＝０．０４６ｍ、コイル質量＝１．５ｇｍと仮定し、２つのモードすなわちＮ＝２について最適化法で外側のリングの位置と質量を変化させることにより次の結果が得られる。
ｒ_N＝０．８１６７６４
α_N＝０．９１５２６８

従って、選択された変換器によって駆動されるパネルに直径７５．１４ｍｍ（０．８１６７６４ｘ２Ｒ＝０．８１６７６４ｘ９２ｍｍ）で質量３．２２４ｇｍ（０．９１５２６８ｘ７５．１４／３２ｘ１．５ｇｍ）のリングを装着することによって、図９ｋに示されるように最初の２つのモードに対するモードの残りの容積変位が殆ど消失した。第３のモードは依然として平衡がとれていない。

第２の実施例として、第３のモードの各モード線に質量体が置かれ、次いで、最適化を用いて最初の２つのモードを平衡させる質量体の値が求められる。結果は以下の通りである。
場所（半径比率）：０．２５７、０．５９１、及び０．８９３．
単位長さ当たりの最適化質量はまた、以下に示されるように比率１、０．９８２、及び０．７４４にスケーリングされる。

本発明の第１の２つの実施形態では、パネルは最も内側の環状位置（０．２）で駆動される。しかしながら、他の環状位置も平均ノード線にあるので、これらの位置の１つ又はそれ以上の位置でパネルを駆動し、残りの場所に環状質量体を備えて変換器の質量の平衡を取るようにしてもよい。質量の平衡作用は、駆動点及び／又はパネル中心からの相対距離に関係する。例えば、０．９１の駆動点に装着された単一の８グラムの変換器では、他の場所での良好な近似結果に対する質量体の値は、以下の表から導出することができる。

図１０ａは、円形ダイアフラムを含むラウドスピーカの３つの異なる帯域での周波数応答を示す。図１０ａは、第１のモードよりも下方のピストン帯域、第１のモードから第２のモードまでの帯域、及び第２のモードとそれよりも上方の帯域を示す。あらゆる周波数における応答は、モードとピストンの寄与度の線形和と見なすことができる。動作周波数内の全てのモードは音響応答に寄与する。

図１０ｂは、各帯域における図１０ａのラウドスピーカのピストン変位を示す。ピストン変位は、これらの帯域の各々に等しく共通している。図１０ｃは、各帯域での第１のモードのモード変位を示す。ピストン帯域の第１のモードよりも下方ではモード変位は存在しない。モードは、平衡がとられておらず、過度の負の寄与を有し、これにより周波数応答において共に可聴であるレベルのピーク３５６と低下３５８とが生じることになる。同様に図１０ｄは、第２のモードに対する変位の形状の平衡が取られていないことを示す。この場合も同様に過度の負の寄与があり、これにより応答において共に可聴であるレベルのピーク３５６と低下３５８とをもたらす。

図１０ｅは、第１及び第２のモードの平衡が取られたラウドスピーカの３つの異なる帯域に対する周波数応答を示す。図１０ｆは、各帯域におけるラウドスピーカのピストン変位を示す。図１０ｂと同様に、ピストン変位は、これらの帯域の各々に等しく共通している。

図１０ｆ及び１０ｇは、各帯域の第１と第２のモードに対するモード変位を示す。ピストン帯域ではモード変位は存在しない。各モードは、平衡が取られており、すなわち各々の平均横断変位の合計がゼロになる傾向にあり、従ってその正味の寄与は平衡が取られている。この結果、応答におけるレベルの変化が存在しない。単純で鮮鋭なノッチ３６０が残っているが、これは音響心理学的に悪影響がない。

図１０ｉは１０ｅに対応する。図１０ｊから図１０ｌは、３つの帯域での極性応答を示す。図１０ｊに示されるように、低周波数では単純なピストンの期待される半球状出力が存在する。中間帯域の周波数では、発生源のサイズによりピストン成分の指向性が狭くなり始める。図１０ｋに示されるように、第１のモード放射も現れてピストン帯域からの出力に付加され、従って指向性が有効に拡大される。更に高い周波数では、ピストン成分は、狭いローブであり、第１の撓みモードからの成分によって助けられ、ここでは図１０ｌに示される更に広い放射角度を有する第２のモードの寄与の追加によって増大される。このようにモード寄与には、周波数帯域にわたって広い指向性を維持する上で有利な効果がある。

図１１ａは、上記で示された平衡用質量体と共に０．９１の比率で８ｇの質量を有する変換器によって駆動される円形パネルについての周波数に対する音圧及びパワーの変動を示す。図１１ｂ、１１ｃ、及び１１ｄは、それぞれ質量が６．０６ｇ、３．８６４ｇ、及び１．７６ｇの変換器を使用して、０．６９、０．４４、及び０．２の比率で駆動された同じパネルの周波数に対する音圧及びパワーの変動を示す。上記で示された値の質量体が、駆動されない各環状位置に装着される。シミュレーションの各々は、どのような構造的減衰もない状態で計算される。より小さなボイスコイルは、高周波数に対してパワーを復元するが、より低いモードでは同様に平衡が取られない。外側の質量体を７ｇに落とすことによって、図１１ｅに示されるように性能が改善される。

図１２ａは、円形パネルのダイアフラムが環状パネル６０に置き換えられたことを除いて図１aと同様である本発明の別の実施形態を示す。環状パネル６０の内側半径は外側半径の０．２である。パネルの中心開口内にコンプライアント音響シール６１が装着されている。変換器のボイスコイル６２は、半径の０．３３の環状の場所に装着され、リング質量体６４、６６は、半径の０．６２と０．９１の環状の場所に配置されている。０．６２の場所のリング質量６４とボイスコイル６２とは質量が同じであり、０．９１の場所のリング質量体６６は、ボイスコイル６２の質量の３／４である。

図１２ｂは図１２ａの変形実施形態を示し、ボイスコイル６２が半径の０．６２の環状の場所に装着され、リング質量体６４、６６が０．３３と０．９１の場所に装着されている。ボイスコイルとリング質量体の相対質量は変更していない。

図１２ｃは、図１２ａと図１２ｂの装置（それぞれ破線と実線）におけるパワー応答の変動を同じサイズのピストン式環状放射体（点線）と比較している。第２のケースでは、部分的に除去された第１のモードを有するので、そのパワー応答は第２のモードよりも下方ではピストンに追従している。中心の駆動が可能ではないので、フラットなパワーを実現することはできない。しかしながら、第２のモードよりも上方では、両方のケースがピストンよりも多くの音響パワーを放射している。

質量体及びボイスコイルの環状の場所は、上記で概説されたインピーダンスの式と同様の方法でこの式を用いて計算される。

図１３は、パネルの半径に伴って変動するときの図１２ａ及び図１２ｂのパネルの最初の３つのモード（Ｎ＝３）の応答の対数平均を示す。計算では、第１のモードが４００Ｈｚで発生し第４のモードが約９．６ｋＨｚで発生するようにパネルに任意の材料が選定される。環状パネルの最初の４つのモードが１対５対１２対２３の比率の周波数を有するので、最初の３つのモードを処理することは、装置が相当な広帯域幅をカバーできることを意味する。半径の０．３３、０．６２、及び０．９１で最小値が発生し、従って、ボイスコイル及び／又は質量体はこれらの場所に置かれる。最も外側の環状の場所は、図１ａの円形パネルの場所に対応する。

図１４は、内側の半径が外側の半径の０．２０である環状パネル７２と該環状パネル７２の開口内に同心円状に装着された円形パネル７０とを含む装置を示す。円形パネル７０は、音響シールとして作用するコンプライアントサスペンション７４によって環状パネル７２に装着される。

環状パネル７２は、同心円状に取り付けられた変換器によって駆動され、該変換器はパネルの半径の０．６２の位置に装着されたボイスコイル８２を有する。リング質量体７８は、半径の０．９１の環状の場所で環状パネルに装着される。環状パネル７２は、０．９１の環状の場所に装着された環状サスペンション８０によって図１ａのようにシャーシに装着される。

円形パネル７０は同心円状に装着された変換器によって駆動され、該変換器は、パネルの半径の０．６２の位置に装着されたボイスコイル８４を有する。リング質量体８６は、半径の０．９１の環状の場所で円形パネルに同心円状に装着される。

図１５から図１９までは、環状の場所の許容差と質量体の影響とを示す。図１５は、環状の場所０．２６に装着された３２ｍｍのボイスコイル変換器と０．５９及び０．８９の直径比率に装着された質量体とを備えた、直径１２１ｍｍの円形パネルに対する周波数応答を示す。この周波数応答は、「公称」で表記され、材料の剪断作用に起因して期待される帯域幅は約１１−１２ｋＨｚである。図１５はまた、最も内側の環状の場所で質量をそれぞれ１０％増加及び減少させた同じ装置に対する周波数応答を示す。図１６は、図１５の公称周波数応答と共に、環状の場所を１０％だけ増加又は減少させた装置に対する周波数応答を示す。図１７ａと図１８ａは、０．５９と０．８９の直径比率で質量が１０％と２０％変動した影響を示し、図１７ｂと図１８ｂは、場所自体が１０％と５％変動した影響を示す。図１９は、最も内側の環状の場所で質量と環状の場所を２０％だけ同時に変更した場合の影響を示す。

一般に、質量の変化の許容差は、場所の変化の許容差よりも大きい。更に、場所の変化の周波数応答に対する影響は、最後に平衡したモードよりも上の周波数で最も厳しい。全体的に、変化に対して最も大きな許容差は、質量中心に最も近い位置にある。この場所は、直径比又は質量のいずれかのかなり広範な変化に対して許容性があるばかりでなく、通過帯域においてはこれらの変化が互いに補われることも観測された。単位長さ当たりの質量が変化しない場合には、質量又は直径比のいずれかの±３０％までの変化を処理できる場合がある。外側の場所が比率の変化に対してより影響を受けるが、場合によっては質量の変化に対してはあまり影響されない。

最適な解決策の場合、相対平均変位Ψ_rel＝０である。２モードの最適設定では、外側質量の半径の変動は、以下の式に従って最適値から移動する。

ここで、ｒ₂はプレート半径で除算した質量の半径である。

換言すれば、ｒ₂の１％の変化はΨ_relの１．７５％の変化を生じる。上記の作用では、ｒ₂の±５％から±１０％までの許容差は受け入れ可能であることが示される。これは、Ψ_relに関してそれぞれ８％と１８％の間の許容差に対応する。

図９ａから９ｅ、及びこれ以降の同様の図では、平均インピーダンスのグラフにおける最小値は広範であり、従って質量体の位置決めにある程度の許容差を見込む必要がある。これは図１５から図１９により裏付けられる。

剪断可撓性が考慮されるときには、モード周波数は、薄板理論によって予測されるであろうものから実質的に変えることができる。しかしながら、モード形状は、あまり大きくは変わらない。例えば、一般的に使用される材料では、約０．０１から０．０２の直径比の減少により、モードの平衡が僅かに良好になる。この改善は、前記段落で説明された許容差を考えると、主として非実用的なものである。単純な同等の補償は、通常１又は２ｍｍだけ僅かにパネルを大きく作ることである。

パネルのサイズは、変換器のボイスコイルのサイズによって制限される。工業規格のコイルサイズを考慮する場合、パネルのサイズが制限される。しかしながら、上述のように装置の周波数応答は、最も内側の比率での変化に対してかなり影響を受けにくく、この所見を有利に用いて、表に示された値から場合によっては少なくとも±１０％のパネル直径の変化を許容することができる。例えば、最初に必要とされるものに最も近いパネル／変換器の組み合わせを見つけ（変換器のボイスコイルは最も内側の直径比に対して設定されることになる）、次にボイスコイルのもの以外の直径比率及び質量体の全てをスケーリングして正確なパネルサイズを得ることにより、本方法を適応させることができる。

或いは、環状形状のパネルに対する作用を利用して、パネルサイズに対する制約から設計者を解放することができる。その論拠は、孔が小さい場合にはその影響もまた小さいので、恐らくはその制約は必要ではないということである。環状パネルに関連して示された表は、直径比が０．１よりも小さい孔のサイズは環状の場所に対して最小限の影響しかないことを示唆している。従って、本方法は、円形パネルを構築するのではなく環状パネルを設計することによって適応させることができる。例えば、孔の比率が０．１４である環状パネルを設計することによって、３２ｍｍのコイルを備えた１０８ｍｍのパネル直径を実現することができる。最も近い円形設計では、２８ｍｍのコイルが要求されるはずである。図２０は、２８ｍｍ又は３２ｍｍのボイスコイルの変換器によって駆動される円形パネルと、３２ｍｍのボイスコイルの変換器によって駆動される環状パネルについての周波数応答を示す。環状パネルに対する通過帯域応答は多少変動があるが、帯域外の応答は恐らく間違いなく良好である。

上記で説明された方法、すなわち許容差又は環状形状を用いてパネルサイズに対する制約を緩和するいずれかの方法を更に用いて、高周波数における平坦な応答からのより適切な離脱に有利である通過帯域モード平衡の「離調」を行うことができる。処理されるモード数が目的とする帯域幅を完全にはカバーしない場合、又はパネル材料中の剪断により高次モードが生じ、該高次モードが帯域内に現れるポイントまで周波数が低下する場合にはこれは重要である。周波数応答は、特にボイスコイルがこれらの高いモードの１つのアンチノード上又はその近傍に位置する場合、このより高いモード近傍で不規則になることが多い。この高次のモードにおける改善は、許容差の使用又は環状形状の選択によって対処することができる。

図２１は、最初の２つのモードの平衡が取られ、単一の減衰パッドが装着されたラウドスピーカに対するオン・アクシスの音圧レベル（ＳＰＬ）の曲線と音響パワーレベル（ＳＷＬ）の曲線（それぞれ下側と上側の曲線）を示す。ラウドスピーカは、３２ｍｍのボイスコイル変換器によって駆動される直径８５ｍｍの円形パネルを含む。直径７１ｍｍの環状リングがパネルに装着され、減衰パッドがパネルの中心に装着される。減衰パッドは、９ｍｍｘ９ｍｍで、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＲ）で作られる。

中心減衰ディスクの使用は、円形パネルではこれが常にアンチノードである（パネル端部と同様）ので従来の教示に従う。しかしながら、これは、加えられる幾らかの減衰を全てのモードが有することになるが、残念なことに速度プロファイルの全てが等しく減衰される訳ではないことを意味する。従って図２１に示されるように、減衰パッドの効果は、ＳＰＬ曲線の第３のモードを減衰することである。しかしながら、第３のモードは、音響パワー応答、すなわちＳＷＬ曲線の１１ｋＨｚにおいて依然として明白に見える。その結果、オン・アクシス応答は改善されたように見えるが、パワーは改善されない。

第３のモードからこのピークをどのようにして効果的に減衰させることができるかを理解するためには、図９ｃの３つのモードを有するパネルにおけるパネルアドミタンス曲線に立ち戻る必要がある。既に説明されたように、このグラフ上で狭い谷である低速度領域に平衡用の質量体が追加される。減衰については、関心対象の高速度領域であり、これは高速度領域が最大パネル撓みを表すことに起因する。図９ｃに示されるように、最大速度の典型的な場所は、全てのモードに対して最大値であることによりパネルの中心及び端部である。

パネル直径の０．４２と０．７４にピークとなる高速度の他の２つの広範囲な領域もある。これらの領域では選択的な減衰を有効に加えることができる。この領域は広範なアドミタンスであるので、減衰場所は平衡用の質量体の場所ほど重要ではない。図２１ａに示されたラウドスピーカの場合、これらの比は３５．７ｍｍと６３ｍｍである。しかしながら、変換器のボイスコイルは３２ｍｍであり（従って出力の大きなピーク）、そのため３５．７ｍｍに減衰を加えることは理想的ではない。６３ｍｍの直径は適切であるが、全モード形状の十分な選択的減衰に影響を及ぼすためには、少なくとも第２の領域が必要とされる。比率が０．２と０．２７の間の領域も高速度を有する。この領域が中心領域に侵入し始めるが、これは、速度がかなり急激に上昇し、その結果表面減衰材料が伸張状態となる領域である。

図２２ａは、３２ｍｍのボイスコイル変換器９２によって駆動される直径８５ｍｍの円形パネル９０を含むラウドスピーカを示す。直径７１ｍｍの環状平衡用リング９４が、直径６３ｍｍの減衰リング９６及び直径９ｍｍの中心減衰パッドと共にパネルに装着されている。減衰リング９６、９８は、エチレンプロピレンジエンゴムで作られる。

図２２ｂは、図２２ａのラウドスピーカに対するオン・アクシス音圧レベル（ＳＰＬ）と音響パワーレベル（ＳＷＬ）曲線（それぞれ下側と上側の曲線）を示す。いずれの曲線においても１１ｋＨｚにはピークがないので、環状リングを使用することによって第３のモードが効果的に減衰されている。

減衰リングの場所は、平衡が取られるモードの数によって決定付けられる。図９ａから図９ｅまでを用いて、第２から第５モードまでを減衰させる減衰リングの環状の場所を以下の表に示す。

例えば第４のモードが減衰されることになる場合、減衰パッドは直径比率０．３２、０．５２、及び０．７７に装着する必要がある。

図２３は、円錐台カプラ１００を示す。図２４に示されるように、カプラ１００は、円形パネルのダイアフラム１０２と変換器のボイスコイル１０４との間に配置される。変換器の磁石組立体は明瞭にするために省略されている。ダイアフラム１０２は、環状サスペンション１０６によりシャーシ１０８上に支持される。点線はカプラの先端角を示す。

図２５に示されるように、カプラは、ボイスコルの直径である第１の直径１１０において変換器のボイスコイルに結合される。カプラは、第１の直径よりも大きい第２の直径１１２でダイアフラムに結合される。このように、適度なコストのものとすることができる小さなボイスコイル組立体がより大きな駆動円形に適合される。加えて、カプラは、不適当なボイスコイルの直径を比較的低コストで適正な駆動直径に適合されている。

図２６ａから図２６ｄまでは、有限要素解析によって得られた音圧レベルと音響パワーレベルを示す。図２６ａは、本発明による、すなわち環状質量体が装着されたパネル型ダイアフラムを備えたラウドスピーカのモデルの出力を示す。ダイアフラムと変換器のボイスコイルとの間に管状カプラが装着される。カプラは厚さ０．５ｍｍのコーン紙で直径が２５．５ｍｍであり、ダイアフラムからボイスコイルまでの距離が５ｍｍに設定され、従って先端角はゼロ度である。

図２６ａから図２６ｄでは、ダイアフラムでのカプラの直径は不変のままでボイスコイルの直径を２ｍｍ刻みで減少させ、従って、カプラは、漸次的な急斜面を備えて管状から円錐台に変化する。ゼロの先端角から始まり、図２６ｂでは２３度の先端角に相当し、図２６ｃでは４４度の先端角に相当し、図２６ｄではθ＝６２度の先端角に相当するようにボイスコイルの直径を段階的に減少させた。

図２６ａでは、モデルでは減衰が殆ど又は全くなく、実際に適度に平滑な軸方向の周波数応答が発生する。図２６ｂから図２６ｄまでは、カプラの共振が高周波限界で明確に見ることができ、コイル直径が減少し、すなわちカプラ角度が増加するにつれてこのカプラの共振周波数が低下することに留意されたい。カプラの共振がスピーカの動作周波数帯域外である場合には、性能に対する悪影響はない。従って、共振が帯域幅の限度にあるので、直径の小さな変化に対応することができる。

モデルのカプラは薄い紙であったが、直径比率の整合、許容可能なカプラ質量、及びコストによっては、炭素繊維強化樹脂及びＶｅｃｔｒａなどの結晶配向成形熱可塑性樹脂のような、カプラにより強いシェル構造を利用可能である。モデルでのカプラが単一の円錐台である場合、典型的な湾曲ラウドスピーカコーンに類似したフレア付き装置としてカプラを構成することも可能であろう。

図２７ａ及び図２７ｂは、ダイアフラム１２０が円錐角１５８°を有する円錐状である図１２ｂの実施形態に対する変形形態を示す。前出の実施形態の場合と同様に、ボイスコイル１２２は、半径の０．６２である環状の場所に装着され、リング質量体１２４、１２６は、０．３３と０．９１の場所に装着される。

両方の実施形態において、パネル１１０は、等方性材料、すなわち５ｍｍ厚さのＲｏｈａｃｅｌ（登録商標）（発泡ポリメチルイミド）で作られ、直径１００ｍｍの外側周縁部と直径２０ｍｍの内側周縁部とを有する。質量体の平衡作用は、駆動点及び／又はパネル中心からの相対距離に関係する。質量体の値は、以下の表のように平衡が取られる。

図２８ａ及び図２８ｂは、それぞれ図１２ｂ及び図２７ａのラウドスピーカのオン・アクシス音圧と半空間パワーとを示す。図２８ｂは、１５８°の先端角を有し、円錐の３質量体平衡取りの解決策に対する概略の限定的事例を示すように選択されている。両方のラウドスピーカは、やはり聴音領域にわたって拡張オフアクシス周波数応答及び良好な音質並びに明瞭度を達成する。図２８ｃ及び図２８ｄは、円錐角度が１７４°と１６６°に減少した図２７ａの３質量体装置の変形形態について性能がどのように改善されるかを示している。図２８ａから図２８ｄまでの各々において、音響パワーは、第２のモードで逓減して高周波数限界までこのレベルにとどまる。

図２９ａ及び図２９ｂは、質量体及びボイスコイルの場所が４つのモードを補償するように選択された図１２ｂの装置の変形形態を示す。ダイアフラムは、０．９２の直径比でボイスコイル１３２がパネル１０に同心円状に装着された変換器を備える環状フラットパネル１３０である。３つのリング状（又は円形状）の質量体１３４、１３６、１３８が、接着テープを使用して直径比０．２３、０．４６、及び０．７でパネル１３０に同心円状に装着される。上記で概略が説明されたように、質量体の値はボイスコイルの質量に対してスケーリングされ、ボイスコイルの質量が８ｇｍなので、質量体は、それぞれ１．７６ｇｍ、３．８６４ｇｍ、及び６．０６ｇｍの値を有する。質量の値は、パネルの中心に向かうほど減少する。

図３０ａ及び図３０ｂは、図２９ａの実施形態に対する変形形態を示し、ここではダイアフラム１４０が円錐角１５８°の円錐状である。前出の実施形態と同様に、ボイスコイル１４２は、半径の０．９２の環状の場所に装着され、リング質量体は、０．２３、０．４６、及び０．７０の場所に装着される。ボイスコイルとリング質量体の相対質量は変わらない。

図３１は、図２９ａのパネルの半径が変化したときのパネルの最初の４つのモード（Ｎ＝４）の応答の対数平均を示す。半径の０．２３、０．４６、０．７０、及び０．９２で最小値が発生し、これらは、図２９ａ及び図２９ｂで使用されたボイスコイルと質量体の場所である。最初の４つのモードからの解決策は、最初の３つのモードからの解決策の拡張ではない。

図３２ａ及び図３２ｂは、それぞれ図２９ａ及び図３０ａのラウドスピーカのオン・アクシス音圧と半空間パワーとを示す。ラウドスピーカは両方とも、聴音領域にわたって拡張オフアクシス周波数応答及び良好な音質並びに明瞭度を有する。装置の周波数帯域は、有限要素解析（ＦＥＡ）によって求められたパネルのモードによる帯域に分割することができる。各帯域は、これらに関連付けられた特定の質量体を有し、質量体が大きくなるにつれて当該帯域の感度が低下し、その逆も同様である。ピストン領域の感度は、最も外側の位置にある質量体によって制御される。周縁部に向けてパネルの機械インピーダンスが低下するので、従って最も外側の位置ではより小さな質量体が必要とされる可能性がある。次の位置の質量体を小さくすることも有利とすることができる。

次に、図３２ｃ及び図３２ｄは、それぞれ図２９ａと２９ｂの装置の変形形態を示し、ここでは質量体の値が性能を改善するように変更される。

図３２ｃは、フラットパネル上で変換器の質量を６ｇまで、０．７の場所の質量体の値を６．０６ｇｍから５．８ｇｍにまで減少させた効果を示す。図３２ｄは、１５８°円錐上で変換器の質量を５．４ｇまで、０．７の場所の質量体の値を６．０６ｇｍから５．６ｇｍにまで減少させた効果を示す。期待される通り感度が向上し、両方の実施形態について応答がほぼ改善されている。図３２ｄでは、３ｋＨｚから始まる広範な谷があり、これは円錐キャビティの効果とすることができる。一般に、両方の実施形態の性能は、３つのモードだけが考慮された装置と比較して改善されている。

図３３ａ及び図３３ｂは、前出の実施形態に組み込むことができる代替のダイアフラムを示す。図３３ａ及び図３３ｂでは、ダイアフラムは内側及び外側周縁部１７０、１７２を備えた環状である。図３３ａでは、ダイアフラム１７４は、周縁部間で上から見たときに凸型の湾曲を有し、図３３ｂでは、ダイアフラム１７６は、周縁部の間で上から見たときに凹型の湾曲を有する。

上記の実施形態の各々では、環状質量体はパネルに装着された別個の質量体である。質量体の幅又は面積範囲は、質量体の中心が適正な環状の場所を基準としている場合には重要ではないように思われる。加えて、質量体は、ボイスコイルとは反対側のパネル面に装着する必要はない。環状の場所のパネル密度を高めることによって、これらの場所に質量体を追加することができる。パネルは、環状の場所の追加される質量体と共に射出成形してもよい。

図３４ａ及び図３４ｂは、ビーム形パネル２２０の形態のダイアフラムとそこに装着される２つの変換器とを備えるラウドスピーカを示す。２対の質量体２２８、２２６は、パネルの対称線（又は中心）から端部までの距離（すなわち、パネルの全長の半分にわたって）の０．１９と０．８８の場所に装着される。各変換器のボイスコイル２２２、２２４は、パネルの中心から０．５５離れた場所に装着される。パネル２２０は、０．８８の場所に装着されたサスペンション２２３を介してシャーシ２２１に装着される。

ボイスコイル２２２、２２４と０．１９にある質量体２２８は同じ質量を有する。ビームの幅が一定であるので、質量体は単位長さ当たりの質量に比例するが、位置には無関係である。しかしながら、端部効果により、パネル端部に最も近い質量体は、有利には通常最大約３０％まで小さな値にすることができる。

図３５ａ及び３５ｂは、図３４ａのラウドスピーカにおいて、両方の対の質量体を備えた（実線）もの、１対だけの質量体を備えた（破線）もの、及び質量体を備えない（点線）もののオン・アクシス音圧と半空間パワーとを示している。質量体を備えていない装置では、変換器がパネルのノードに装着される。モデル化に際して、第１のモードが約２８０Ｈｚにある長さ２００ｍｍのパネルが選択された。ボイスコイルは、中心から５５ｍｍに装着され、質量体の各対は中心からそれぞれ１９ｍｍと８８ｍｍに装着された。５５ｍｍにあるボイスコイルと内側の質量体は、各々５５０ｍｇであり、外側の質量は４００ｍｇである。

図３５ａ及び図３５ｂに示されるように、質量体のないパネルは、約１５００Ｈｚすなわち第２のモードまでの帯域幅のみを有する。対照的に、両方の対の質量体を備えたパネルは、拡張オフアクシス周波数応答を有し、約７ｋＨｚまですなわち第４のモードまでは改善された音質及び明瞭度を有する。

図３６ａから図３６ｇまでは、図３４ａの装置に対する質量体の位置と駆動場所を選択するための方法を示す。図３６ａは、パネルの中心に加えられた質量を持たない点荷重によって駆動される自由ビーム状の平坦な剛体パネルを含む理論上のピストン式ラウドスピーカの音圧レベルと音響パワーレベルを示す。音圧は周波数に対して一定であるが、音響パワーは、約１ｋＨｚまでは一定であり、これを越えると周波数の増加に伴って徐々に低下する。

図３６ｂは、パネル中心に加えられた質量を持たない点荷重によって駆動される自由共振ビーム形パネルを含む理論上のラウドスピーカの音圧及び音響パワーレベルを示す。音圧は依然として周波数に対してほぼ一定であるが、ここでは音響パワーの低下は図３６ａに示されたものに比べて有意に改善されている。パネルモードは、モデルが電気力学的減衰を使用しないので、ここでは解析において見ることができる。これらのモードが見えない場合には、自由共振パネルは、一定のオン・アクシス音圧並びにほぼ一定の音響パワーを出力する。

図３６ｃは、図３６ｂのものと同等であるが、直径が２５ｍｍでボイスコイルの設計（材料、巻数など）に応じた有限の質量体を有するボイスコイルを備えた変換器によって駆動される、実際のラウドスピーカの音圧及び音響パワーレベルを示している。周波数に伴う音響パワーの低下は、図３６ａのものと比較して依然として改善されている。しかしながら、ここではオン・アクシス音圧と音響パワーの両方が周波数に対してもはや一定ではない。

ラウドスピーカは準一次元であるので、モードに対し単純なモデル化を使用することができる。その結果は、図８で示されたものと同等であり、図３６ｂの理論上理想的なモードが「全体変位」モードを除いて全てがゼロ平均変位を有する範囲まで慣性的に平衡が取られる。対照的に、図３６ｃの実際のラウドスピーカのモードは平衡が取られていない。しかしながら、この特性は、上記で概略が説明されたように、ノード等高線、従って実際のラウドスピーカのモードと速度プロファイルとを理論上理想のラウドスピーカのものに数学的にマッピングすることによって処理することができる。

上記で概略が説明されたように、場所は、平均低速度の位置すなわちアドミタンスが最小値の位置である。ビーム形パネルにおいて、アドミタンスＹｍとその対数平均μ（ξ）は、全長の半分ξによって変化するとき、以下の式を使用して計算される。

図３６ｄは、図３４aのパネルの対称線（又は中心）から端部までの距離（すなわち、パネルの全長の半分にわたって）と共に変動するときのパネルの最初の２つのモード（Ｎ＝２）の対数平均アドミタンスを示す。最小値は、全長の半分の０．２９と０．８１で発生し、従ってボイスコイル及び。又は質量体はこれらの場所に置くことができる。

図３６ｅは、図３４ａのパネルの対称線（又は中心）から端部までの距離（すなわち、パネルの全長の半分にわたって）と共に変動するときのパネルの最初の３つのモード（Ｎ＝３）の対数平均アドミタンスを示す。ビーム形パネルの最初の５つのモードが、１対５．４対１３対２５対４０の比率の周波数を有するので、最初の３つのモードを処理することは、装置がかなり広範囲の帯域幅をカバーできることを意味する。最小値は、全長の半分の０．１９、０．５５、及び０．８８で発生するので、ボイスコイル及び／又は質量体は、これらの場所に置くことができる（例えば図３４ａ及び図３４ｂに示されるように）。

図３６ｆは、図３４ａのパネルの対称線（又は中心）から端部までの距離（すなわち、パネルの全長の半分にわたって）と共に変動するときの最初の４つのモード（Ｎ＝４）の対数平均アドミタンスを示す。最小値は、全長の半分の０．１５、０．４０、０．６８、及び０．９１で発生する。従って、最初の４つのモードからの解決策は、最初の３つのモードからの解決策の拡張ではない。

より高いモードが関心対象の周波数帯域外にあるときに最初の４つのモードがマップされ、且つパネルに適度の剪断剛性がある場合には、より高次のモードを充分にマップすることができる。これが当てはまらない場合には、例えば５つ又はそれ以上のモードなどのより高次のモードの平衡を取ることが可能である。

図３６ｇは、図３４ａのパネルの対称線（又は中心）から端部までの距離（すなわち、パネルの全長の半分にわたって）と共に変動するときの最初の５つのモード（Ｎ＝５）の対数平均アドミタンスを示す。アドミタンスＹｍの最小値は、５つのモードを考慮するときには、それぞれ０．１１、０．３１５、０．５３、０．７４、及び０．９３にある。

種々の最小値は、パネル上の変換器の場所を制限し、従って、全体のパネルサイズは、工業規格のボイスコイルのサイズによって決定付けることができる。しかしながら、パネル上に１つよりも多い変換器を有することができるので、パネルサイズに対する制約が緩和される。クロスモードの表示上でのパネル幅に対する変換器の直径の比率は、極めて大きな影響を有し、この比率に対する約０．８の値は、最も低いクロスモードを有効に除去することができる。

図３６ｈは、１対の変換器が装着されたダイアフラムからの出力（点線）をその対の変換器及び周波数帯域内の２つのモードの平均ノード位置に装着された１対の質量体とを有する同じダイアフラム（実線）と比較している。第１のモードは、変換器の場所に起因していずれの場合にも見られない。第２のモードは、質量体の追加によって平衡が取られている。平均ノード場所は、０．２９と０．８１であり、上記の同じ方法を使用して計算される。ノード場所は、ダイアフラムの長さの分数として表現したときに、０．０９５、０．３５５、０．６４５、及び０．９０５の場所に平衡移動される。

図３６ｉは、変換器だけが装着されたダイアフラムからの出力（破線）をその変換器及び周波数帯域内の５つのモードの平均ノード位置に装着された１対の質量体を有する同じダイアフラム（実線）と比較している。平均ノード半径は、０．１１、０．３１５、０．５３、０．７４、及び０．９３であり、これらは、０．０３５、０．１３、０．２３５、０．３４２５、０．４４５、０．５５５、０．６７５、０．７６５、０．８７，及び０．９６５の場所（ダイアフラムの長さの分数として）に平行移動される。

図３７は、図３４ａの装置において使用されたもののようなビーム形パネルに単一の変換器が装着された本発明の別の実施形態を示す。変換器は、本質的に０．１９の場所で駆動されるようにパネルの中心に装着された大きなボイスコイル２４２を有する。２対の質量体２４４、２４６が、０．５５と０．８８の場所に装着される。ボイスコイルの質量は二重の場所で二分され、その結果、質量体はコイル質量全体の半分に設定される。図３４ａの装置と同様、質量体及びボイスコイルの場所は、３つのモードについて補償するように選択される。

図３８は、図３４ａの装置に対する別の変形形態を示し、ここでは質量体及びボイスコイルの場所が４つのモードについて補償するように選択されている。ビーム形パネル２３０は、これに装着された４つの変換器を有し、各変換器のボイスコイル２３１、２３２、２３３、２３４は、パネルの中心から０．４離れた対称的な場所に対単位で装着される。対称的に配置された対の質量体２３５、２３８、２４０は、パネルの中心から０．１５、０．６８、及び０．９１離れた位置に配置される。質量体は、端部効果によって場合によっては最大で約３０％低減されたより小さな値が有用となる結果をもたらす０．９１の場所のものを除き、個々のボイスコイルの質量の２倍に等しい。従って、例えば、ボイスコイルの質量が２２５ｍｇの場合、質量体は、４００ｍｇまで減少した０．９１の場所の質量体を除いては５５０ｍｇである。

図３９ａ及び図３９ｂは、図３８ａのラウドスピーカにおいて、質量体の３つ対全てを備えた（実線）ものと質量体がない（破線）ものにおけるオン・アクシス音圧と半空間パワーとを示す。質量体がない装置において、変換器はパネルのノードに装着される。図３８のラウドスピーカの帯域幅は、図３４ａのものと比較して４ｋＨｚだけ増大される。しかしながら、高周波数では、ボイスコイルのサイズがもはや臨界状態にあるので、パネルは二次元物体として動作し始めている。３つから４つのモードに拡張する別の解決策は、分割変換器ではなくバー状カプラを使用するものであり、その結果、第４のモードもまた平衡を取ることができる。また、最も外側の質量を分割して最も低いクロスモードのノード線上に位置するようにすることにより追加の改善も可能とすることができる。図３９ａ及び図３９ｂに示されるように、第４のモードの調整は、音圧応答において確実に第５のモードを自由に提供するように見える。

図４０ａ及び図４０ｂは、ビーム形パネル２５０の厚さが長さと共に変動する本発明の別の実施形態を示す。パネル２５０の全長は３０６ｍｍであり、厚さは、各端部でｔ１＝２ｍｍから中心でｔ２＝５ｍｍまで直線的に増大している。各変換器のボイスコイル２５２、２５４は、ビームの中心から０．０８離れている。質量体の対２５６、２５８、２６０は、対称線からパネルの端部までの距離の０．２８、０．５３、及び０．８０の場所に装着される。０．２８と０．５３に装着された質量体は、ボイスコイル２５２、２５４の質量と同じであるが、０．８にある質量体の対では質量が低減されている。従って、モデル化の目的では、装着場所は１２ｍｍ、４５ｍｍ、８５ｍｍ、及び１２８ｍｍである。ボイスコイルと内側の２つの対の質量体は、各々５５０ｍｇであり、外側の質量体は４００ｍｇである。

パネルが対称的であるので、図４１ａは、図４０ａで使用された実施形態のパネルの各半分の最初の４つのモードの形状を示す。図４１ｂは、これら４つのモードに対するフーリエ変換を示す。
λａ＝ｋ・ａ・ｓｉｎ（θ）
ここで、ｋは音響波数、ａはパネルの全長の半分、θはパネルの軸から測定された放射角度である。剛体モードＦＴＣ（０，λａ）以外では、変換はλａ＝０で全てゼロになる点に留意されたい。これは、ゼロ周波数又はゼロ角度、すなわちオン・アクシスに相当する。

図４１ｃ及び図４１ｄは、対称線（又は中心）からパネル端部までの距離（すなわち全長の半分にわたって）と共に変動するときの図４１ａのパネルの最初の４つのモード（Ｎ＝１．．．４）の応答の対数平均を示す。最小値は以下の表に示される。

図９ａから図９ｅまでに関連して上述されたように、本方法は十分に柔軟性があるので、設計者は特定のモードだけをマップすることができる。最初の４つのモードに対して計算された場所は、図４０ａの装置での質量体及びボイスコイルの位置に対応する。

以下の表は、１ｍｍと４．５ｍｍの間で変動する最小幅ｔ１に対する図４０ａのウエッジの最初の５つの自由対称モードの周波数を示す。中心の厚さは５ｍｍのままである。

最初の４つのモードに対するノード線の概略の場所が以下の表に示される。パネルが対称なので、パネルの半分のノード線だけが示され、「ｘ」における線は「２００−ｘ」におけるものを意味する。

図４１ｃ及び図４１ｄのものとこれらの結果を比較すると、ｔ１＝２では、第２のモードに対するノード線の場所は０．１６と０．６３にあり、２つのモードに対する平均ノード場所は０．１６と０．６５にある。第３のモードに対するノード線の場所は、０．１０、０．４１、及び０．７９にあり、３つのモードに対する平均ノード場所は、０．１１、０．３９、及び０．７５にある。従って上記で示されたように、平均ノード場所は、考慮されている最も高いモードのノード線の近くにある。

図４２ａは、パネルの中心に加えられた質量を持たない点荷重によって駆動される自由対称ウエッジ形剛体パネルを含む理論上のラウドスピーカの音圧レベルと音響パワーレベルとを示す。パネルは、長さが２０ｍｍ、幅が２０ｍｍであり、厚さが中心で５ｍｍから両端で２ｍｍまでのテーパがある。音圧及び音響パワーは、周波数に対して約１０ｋＨｚまではほぼ一定であるが、４．８ｋＨｚと９．５ｋＨｚでのモードの幾らかの急増がある。遠距離場のオン・アクシス音圧は平面状のはずであるが、音圧は２００ｍｍでシミュレートされるので変動がある。

図４２ｂは、直径２５ｍｍのボイスコイルと該ボイスコイルの設計（材料、巻数など）に応じた有限質量体を有する変換器によって駆動される自由ウエッジ形パネルを含む実際のラウドスピーカに対する音圧レベルと音響パワーレベルを示す。図４２ａに示されたものと比較して音圧と音響パワーは有意に低下した。

図４２ｃは、図４２ｂと同等であるが図４２ａに示された理想のものにマップされた実際のラウドスピーカに対する音圧レベルと音響パワーレベルを示す。従って、図４０で教示されたように平衡用質量体が適用されている。図４２ｂのものと比較して性能が改善されている。更に、この音圧は、遠距離場ではなく２００ｍｍでシミュレートされているので、装置は図４２ｃが示すものよりも良好とすることができる。

図４２ａから図４２ｃまでの各々では、音圧レベル（２０．４μＰａに関する）は２００ｍｍでシミュレートされ、音響パワーレベル（１Ｗに関する）は入力＝１Ｎでシミュレートされた。測定値は、オン・アクシス、ビームの長軸に沿って９０°オフアクシス、及びビームの短軸に沿って９０°オフアクシスで取られた。

図４３ａは、ビーム形パネル２７０が長さと共に変動し且つ対称ではない厚さを有する本発明の別の実施形態を示す。パネル２７０の全長は１５３ｍｍであり、厚さは一方端での２ｍｍから他端部での５ｍｍまで平方根依存関係で増大する。各変換器のボイスコイル２７４、２７２は、パネルのより薄い端部から離れた０．２３と０．４３の場所に装着される。対の質量体２７６、２７８、２７９は、パネルのより薄い端部からの距離の０．０６、０．６６、及び０．８８の場所に装着される。０．６６と０．８８に装着された質量体は、ボイスコイル２７２、２７４と質量が等しいが、０．０６における対の質量体２８０の質量は減少していた。従ってモデル化の目的では、装着場所は、９ｍｍ、３５ｍｍ、６６ｍｍ、１０ｍｍ、及び１３４ｍｍである。ボイスコイルと内側の２つの対の質量体は各々５５０ｍｇであり、外側の質量体は４００ｍｇである。

図４３ｂは、図４３ａで使用された実施形態のパネルの最初の４つのモードの形状を示す。図４３ｃ及び図４３ｄは、パネルの長さに沿って変動するときの（より薄い端部からより厚い端部まで）これらの最初の４つのモード（Ｎ＝１．．．４）の対数平均アドミタンスを示す。最小値は以下の表に示される。

図９ａから図９ｅまでに関連して上述されたように、本方法は十分に柔軟性があるので、設計者が特定のモードだけをマップすることができる。最初の４つのモードに対して計算される場所は、図４３ａの装置での質量体及びボイスコイルの位置に対応する。

以下の表は、１ｍｍから４．５ｍｍの間で変化する最小幅ｔ１に対する図４３ａのウエッジの最初の５つの自由対称モードでの周波数を示す。最大幅は５ｍｍで変わらない。パネル材料は、実際の材料、すなわちＲｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）発泡プラスチックである。

最初の４つのモードに対するノード線の概略場所は以下の表に示される。

図４３ｃ及び図４３ｄのものとこの結果を比較すると、ｔ１＝２では、第２のモードに対するノード線の場所は０．１１５、０．４６、及び０．８５にあり、２つのモードに対する平均ノード場所は０．１２、０．４４、及び０．８０にある。第３のモードに対するノード線の場所は、０．０８、０．３１、０．６０、及び０．８９にあり、３つのモードに対する平均ノード場所は、０．０８、０．３０、０．５６、及び０．８４にある。従って上記で示されたように、平均ノード場所は、考慮されている最も高いモードのノード線の近くにある。比率の両方のセットは、ゼロに近くなる傾向がある正味平均変位の望ましい作用をもたらす可能性がある。

図４３ａは、長さｘと共に直線的に厚さが変化するビームを示す。ｘにおいて幅方向で取られたビームの細いスライスを考えると、特性が均一な別の概念的ビームが得られる。図４４ａに示されるように、ビームの幅はｘと共に直線的に変化する。モード周波数は以下の表で比較される。

幅が変化するビームのモード形状は図４４ｂに示される。２つの実施形態のモード形状とモード周波数が実際には極めて類似していることが分かる。この図は、実際の実装において、解決策のセットに何らかの利用可能な許容差があり、設計規則の解釈において幾らかの「芸術的自由度」を許容することを示すものと理解することができる。これはまた、設計者が「概念的」クロスモードを一定の周波数に設定することを可能にする。この周波数は、

に比例し、ここでＢはｘ^p+2に比例し、幅が長さの平方根に対して変化するパネルは、この基準を満足する。

各々のモードに対する平均体積速度Ｖｎが、以下の表に示され、ここで、Ｖ０は「ピストン」モードの平均体積速度である。

両方の場合において、全ての撓みモードの平均体積速度がゼロである（計算の許容範囲内で）ので、両方の実施形態は、実際の音響装置の平衡が取られていないモードをマップすることができる理論上理想的なものとして用いることができる。

図４５は、中心に加えられた質量を持たない点荷重によって駆動される自由矩形ピストンを備えた理論上のラウドスピーカに対する音圧及び音響パワーを示す。音圧は周波数に対して一定であるが、音響パワーは、ｋｘＬまでは一定であり、その後周波数が高くなるにつれて徐々に減少する。図４６は、パネルの中心に加えられた質量を持たない点荷重によって駆動される自由矩形パネルを備えるラウドスピーカに対する音圧レベルを示す（破線）。実線は、ここではボイスコイルの設計（材料、巻数など）に応じた有限質量体を有する実際の２５ｍｍ直径のモータによって駆動される同じパネルを示す。

図４７は、図４６の圧力レベルに対応する音響パワーレベルを示す。周波数に伴う音響パワーの低下は、図４５のものと比較して有意に改善された。しかしながら、実際の場合では、オン・アクシス音圧と音響パワーは両方とも周波数に対してもはや一定ではない。（より高い周波数ではモード密度は高くなり、従って、モードのインターリービング及び最適な駆動点結合に対する分散モードの教示から性能に恩恵を受ける場合がある点に留意されたい）。

図４８ａ及び図４８ｂは、矩形パネル２８０の形態のダイアフラムとこれに装着された２つの変換器２８２とを備えるラウドスピーカを示す。パネルは被覆有芯軽量複合材料で作られる。２対の質量体２８８、２８６が、パネルの中心から１つのコーナーまでの距離（すなわちパネルの対角線の半分にわたって）の１９％と８８％の場所に装着される。各変換器２８２のボイスコイルは、対角線の半分に沿ってパネルの中心から５５％離れた場所に装着される。パネルは、サスペンション２８３によってシャーシ２８１に装着され、バッフル（図示されていない）内にシールされる。

変換器及び質量体の場所は、前記の実施形態と同様の方法で計算される。Ｘ軸とＹ軸に対するモード形状は別々に考慮され、撓み剛性とパネルの表面積質量とから計算することができる。平均ノード位置は、インピーダンス中の最小値から計算される。図示された実施形態では、質量体及び変換器の場所は、各々について最初の３つのモードが考慮されたときの両軸の平均ノード位置である。４つのモードが処理される場合には対角線に沿った別の有効な場所がある。４６０ｍｍｘ３９０ｍｍのパネルの場合、質量体及び変換器の各々の（ｘ、ｙ）場所は以下の表に示される。

ボイスコイルは各々、４ｇの質量体を有し、該質量体の値は、以下に示されるようにボイスコイルの値までスケーリングされる。

各変換器は駆動される軸にのみ関係するので、平衡用質量体についての値を求めるときにはコイルの質量は合計されない。

図４９及び図５０は、図４８ａのラウドスピーカに対する音圧レベルと音響パワーレベルとを示す。平衡用質量体がない図４７のラウドスピーカと比較すると、４０Ｈｚに至まで低周波数の均一性においてかなりの改善がある。応答は、例えばサスペンション特性を介して低周波数モードに減衰を適用することによって更に平滑にすることができる。質量体はまた、場所の座標を最大±５％（又は更に±８％）まで変動させることによって微調整することができる。微調整は、低周波数帯域での音響パワーの特定の態様を最適化することができる。

外側のサスペンションが有意な質量体を有する場合には、質量体がパネルの周囲に配置される点に留意して周縁材料を選択することによって、設計者がこの質量体を配置する機会がある。この利点は、例えば単一軸モード平衡化技術の影響を受けない２Ｄ結合モードのような、より高次の減衰及び装荷を介した何らかの制御が付加されることである。

図５１ａ及び図５１ｂは、図４８ａのラウドスピーカの変形形態に対する音圧レベルと音響パワーレベルを示す。外側の質量体はもはや個別のものではなく、これら質量体の合計質量をサスペンション中に均一に分布させることによって置き換えられている。内側の質量体の値は、外側質量体に対して十分に小さいので殆ど影響を与えずに完全に除去することができる。

以下の表は、図４８ａの矩形パネルに対するモードを示し、第１のモードは７２．３Ｈｚにある。

アスペクト比などの選択されたパネルのパラメータが、これらの高周波数で追加として分布モード動作をもたらす場合、適度なモード密度は２５０Ｈｚよりも上で現れる。この種類の実施形態が全帯域である必要がない場合、共振パネルのダイアフラムから低周波数帯域で拡張ピストン式の等価な性能を提供するためには、モードの平衡化単独で十分である。

ダイアフラムがまた、例えば分布モードなどのより高い周波数で有用なモード特性を有することが必要とされる場合には、更なる改善として、高周波数での良好なモード結合のために望ましい駆動ポイントに対し平衡用駆動位置の利用可能なオプションを繰り返すことができる。前記の教示は、中心外及び交差軸外の好ましい場所を示している。このような組み合わせの場所は、パネル面積にわたって周波数に伴うモード分布の解析を調べることによって見つけることができる。

スピーカからより多くの出力が必要な場合、４つの励振器を使用することができ、第２の対角線を利用してここでは８つの質量体で作用させる。通常、全ての励振器は、信号源に同相接続で配線されることになる。

図５２ａ及び図５２ｂは、ビーム状パネルのダイアフラム３０２と変換器のボイスコイル３０４との間に配置されたカプラ３００を示す。変換器の磁石組立は明瞭にするために省略された。図５２ｂに示されるように、カプラは、変換器のボイスコイルに結合される第１の寸法３０６すなわち円形と、ダイアフラムに結合される第２のサイズ３０８すなわち矩形とからなる外形にされる。矩形形状は、円形形状よりも有意に大きなサイズであり、その結果、小さなボイスコイル組立体がより大きな駆動装置に適合されるようになる。加えて、カプラは不適当なボイスコイル直径を駆動ポイントを補正するように適合させている。このようにして、適度なコストとすることができる標準サイズの変換器が本発明に適合される。

図５３ａ及び図５３ｂは、ビーム状パネルのダイアフラム３０２と変換器のボイスコイル３０４との間に配置されたカプラ３１０を示す。変換器の磁石組立体は明瞭にするために省略された。図５３ｂに示されるように、カプラは、変換器のボイスコイルに結合される第１の寸法３０６すなわち円形と、ダイアフラムに結合される第２のサイズ３１４すなわちボウタイ形とからなる外形される。ボウタイ形形状は、円形形状よりも有意に大きなサイズであり、その結果、小さなボイスコイル組立体がより大きな駆動装置に適合されるようになる。加えて、カプラは不適当なボイスコイル直径を駆動ポイントを補正するように適合させる。

図５２ａ及び図５２ｂの両方において、カプラは中空のシェルであり、０．５ｍｍ厚さのコーン紙とすることができる。第１のサイズと第２のサイズの比率、許容可能なカプラの質量、及びコストによっては、炭素繊維強化樹脂、及びＶｅｃｔｒａなどの結晶配向成形熱可塑性樹脂のように、カプラのより強固なシェル構造を実現できる。

図５４ａは、ボイスコイルの半径ρに対する変換器のボイスコイルの有効正味力Ｆのグラフである。Ｆは、コイルの円周の回りでモード形状の変位によって重み付けされた力を積分することによって計算され、コイル半径ρに対し明示的に、

である。
ここで、ｙ（ｎ，ξ）はｎ番目のモードのモード形状である。

特定のモードを励振するのを回避するために、対応する平均正味力をゼロにする必要がある。換言すれば、関数Ｆ（ｎ，ρ）のゼロ交差すなわちノード線で有効に駆動することが必要とされる。原点に最も近いノード線と共に４つのモードまでについての結果が以下の表に示される。これらの結果から、ボイスコイルの実際の直径は、ボイスコイルの有効駆動直径の１．５倍であることが示唆される。

更に、Ｆ（１）は、０．８近辺にゼロ交差を有することに留意されたい。すなわち、パネルの幅に対する直径の比率が０．８であるボイスコイルを装着すると、最も低いクロストークが除去される。

上記の教示は、サスペンションをダイアフラムの周縁部から離れて装着することを提案するものである。図５５ａ及び図５５ｂは、ロール型包囲の形態のサスペンション３１６、３２０がダイアフラムの端部に装着されたより実際的な実施形態を示す。追加のサスペンション平衡用質量体３１８、３２２がノード線の近辺に装着され、その結果、端部サスペンションとサスペンション平衡用質量体の組み合わせの効果は、パネル周縁部の内側に装着されたサスペンションに相当する。

図５５ｃは、１／４ダイアフラムの断面図を示し、ここで、Ｍ１がノード線近辺に装着された質量体、Ｍｓがサスペンションの接着域の質量体、Ｍｄがサスペンションのアクティブ部分の質量体、ξ０及びξ１がダイアフラムの中心からノード線とノード線近辺の質量体までのそれぞれの距離、並びに１−ξ２が接着域の幅である。サスペンション平衡用質量体及び端部サスペンションをインボードサスペンションと確実に同等にする３つの基本的な方法がある。

最も簡単なのは、接着域の質量体がサスペンションのアクティブ部分の質量体とまとめられて考慮される場合である。ビームの場合、これは以下の式を解くことを意味する。
Ｆ（ｎ，ξ₁）＝Ｍ１ｙ（ｎ，ξ₁）＋（Ｍｄ＋Ｍｓ）ｙ（ｎ，１）＝０
ここで、ｙ（ｎ，ξ₁）はモード形状である。

例えば、直径３２ｍｍで質量１．５ｇのボイスコイルを有する変換器から始めると、ダイアフラムは４０ｍｍと１５６．８ｍｍの幅を有する。幅はボイスコイルの直径が幅の８０％であるように選択され、長さは、４つのモードの有効正味力がゼロ、すなわちＦ（４）＝０であるように選択される。

モード４のノード線は、テキストブックからの対応する場所と質量体と共に以下の表に示される。

サスペンションは以下の特性を有する。
Ｍｓ＋Ｍｄ＝１．８ｇ／ｍｘ４０ｍｍ＝７２ｍｇ
Ｋｓ（剛性）＝４４３．５Ｎ／ｍ／ｍ
Ｒｓ（減衰）＝０．０６３Ｎｓ／ｍ／ｍ
幅（１−ξ₂）・Ｌ／２＝４．０ｍｍ、ξ₂＝０．９４９としたとき

従って、
Ｍ１＝Ｍ−Ｍｄ−Ｍｓ＝５２８ｍｇ
上のまとめられた近似値を用いると、ξ１＝０．８９７が得られ、すなわちサスペンション平衡用質量体の場所は、ダイアフラムの一方端部から測定して８．１ｍｍと１４８．７ｍｍにある。まとめられる簡約がないと、場所は７．９ｍｍと１４８．９と計算される（すなわち極めて類似している）。両方の場合において、取り付けポイントは、ノード線よりもダイアフラムの端部から少なくとも１ｍｍ離れている。

図５６ａ及び図５６ｂは、それぞれサスペンション平衡用質量体がある場合とない場合のラウドスピーカの応答を示す。図５６ｃは、サスペンション平衡用質量がある場合とない場合のパワー応答を比較している。両方の測定では、ラウドスピーカの改善は、サスペンション平衡用質量を使用することにより大幅に改善されている。

円形ダイアフラムに対する式は以下の通りである。
Ｆ（ｎ，ξ₁）＝（１／ξ）・Ｍ１ｙ（ｎ，ξ₁）＋（Ｍｄ＋Ｍｓ）ｙ（ｎ，１）＝０

これは、合計質量又は単位長さ当たりの合計質量を保持することによって解くことができる。第４のモードに対してξ０（すなわちノード線の場所）が０．９１９の場合、合計質量を保持することにより、ξ１＝０．８９４７とＭ１＝３．４が得られる。単位長さ当たりの合計質量を保持することにより、同様の結果すなわちξ１＝０．８９４６及びＭ１＝３．３８７が得られる。

サスペンション平衡用質量体を確実に接着域まで当接することによって、サスペンション平衡用質量体をサスペンションの一部として組み込むことも可能である。ここでは数式はより複雑であり、例えばビームダイアフラムでは次式になる。
Ｆ（ｎ，ξ₁）＝Ｍ１（ξ₁）ｙ（ｎ，ξ₁）＋μｌ（ｙｉ（ｎ，１）−ｙｉ（ｎ，ξ₁））＋Ｍｄｙ（ｎ，１）＝０
ここで、μｌは接着域の単位長さ当たりの質量、Ｍは必要とされる合計質量である。

図５７ａ及び図５７ｂは、図１ａ及び図１ｂのラウドスピーカとほぼ同様のマイクロフォンを示す。マイクロフォンは、円形パネル３２４の形態のダイアフラムと、パネル３２４に対して０．２の比率で同心円状に装着されたボイスコイル３３２を有する変換器とを備える。３つのリング状（又は環状）の質量体３２６、３３０、３３２が、パネル３２４に０．４４、０．６９、及び０．９１の比率で同心円状に装着されている。パネル及び変換器は、円形のサスペンション３３４によってパネル３２４に取り付けられた円形のシャーシ３３６に支持される。サスペンション３３４は、０．９１の比率で取り付けられる。変換器はシャーシ３３６に接地される。

入射音響エネルギー３３８がパネルを振動させ、振動は変換器によって検出されて電気信号に変換される。信号は、配線及びマイクロフォン出力結線３４０を介して出力される。

図５８は、パネルの幅が一定ではないように丸み付きのコーナーを有する矩形パネル３４２を示す。パネルは、長さ１００ｍｍ×幅３６ｍｍｘ厚さ３．２ｍｍで、例えばＨｏｎｉｐａｎ ＨＨＭ−ＧＰである経済的な樹脂が貼り合わされた紙製複合材料で作られている。直径２５ｍｍのボイスコイルを有する変換器は、２８ｍｍの軽量結合リング３４４でパネルに装着される。従って、変換器は、中心から１３ｍｍすなわち０．２６の比率で２つの対向する場所（又はパネルの両幅の駆動線）を効果的に駆動している。帯状質量体３４６の形態の機械インピーダンス手段が、中心から４１．５ｍｍの対向する位置すなわち０．８３の比率で配置されている。動作周波数帯域には、変換器の位置と機械インピーダンス手段によって処理される２つのモードがある。

ボイスコイルは、１ｇの質量を有するが、個別の場所で駆動していることは、各場所での有効質量は半分にされることを意味する。質量体３４６は単純なゴムの帯体であり、各場所でボイスコイルの有効質量を平衡させる質量、すなわち０．５ｇの質量を有する。

パネルは、低機械インピーダンスのサスペンション３４８によって成形プラスチックのフレーム３５０内に支持され、これによりパネルは、基本的に自由に共振する。このようなスピーカは、高品質のフラットパネルＴＶ及びモニタ用途に好適であり、均一な周波数及び良好なパワー応答を備えた１００Ｈｚから２０ｋＨｚの定格帯域幅を有する。

図５９は、中心開口に平面状セクション３５４が充填された浅い環状円錐３５２の形態のダイアフラムを示す。平面状セクションは、中心に過度に剛性のある尖頭を取り入れることなく中心開口を実質上音響的にシールするが、これは円錐が先端まで続く場合のケースである。

円錐３５２の外側半径Ｒに対する平面セクション３５４の半径ｒの比率は、追加のダイアフラムパラメータであり、望ましい音響応答を実現するために調整することができる。この調整は、幾つかの中間の目標で処理することができる。例えば以下の通りである。
１）円錐が、実際の音響装置の平衡が取られていないモードをマップできる別の理論上の理想であるように比率を調整することができる。この理論上の理想に対する平均ノード位置は、コイルと質量体の配置を計算し、提案するのに使用されることになる。
２）質量体の形態の機械インピーダンスを追加として、ゼロになる傾向の正味の横断モード速度を実現することができる。

変動する可能性がある追加のパラメータは、高さｈ、形状、及び皿状部分の角度であり、これらの全ては、平面状のセクションに協働して関連付けるように求められる。例えば、前記の角度は、ノード線上で駆動されるモードを平衡させるために求めることができる。その結果、ただ１つの追加のバランサーで解決策を見つけることができる。駆動の場所及び１つ又は複数の平衡用機械インピーダンスは示されない。機械インピーダンスは、別のパラメータ及び目的とする動作帯域に応じて追加することができる。

本発明の第１の実施形態の平面図である。 図１ａの線ＡＡに沿った断面図である。 質量体がある場合とない場合の図１ａの装置の周波数に対するオン・アクシス音圧の変動を示すグラフである。 質量体がある場合とない場合の図１ａの装置の周波数に対する半空間パワー（すなわち実施形態の前方の半球を覆う一体化された音響パワー）の変動を示すグラフである。 各質量体に関連して帯域に分割された図１ａの装置の周波数に対する電圧感度の変動を示すグラフである。 最も外側の位置に２つの異なる質量体を有する図１ａの装置の周波数に対する電圧感度の変動を示すグラフである。 図３ａで測定された装置の外側セクションの断面図である。 図３ａで測定された装置の外側セクションの断面図である。 バッフルに装着された図１ａの装置の断面図である。 段付きのバッフル及び面一嵌合バッフルに装着された図１ａの装置の周波数に対する電圧感度の変動を示すグラフである。 質量がある場合とない場合の本発明の第２の実施形態の周波数に対するオン・アクシス音圧の変動を示すグラフである。 質量がある場合とない場合の本発明の第２の実施形態の周波数に対する半空間パワーの変動を示すグラフである。 理論上のラウドスピーカの周波数に対するオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 理論上のラウドスピーカの周波数に対するオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 実際のラウドスピーカの周波数に対するオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 図７ｂ及び図７ｃのラウドスピーカの速度プロファイルの一部を示す図である。 最初の５つのモードに対する第１のモードのパネル直径を有するアドミタンスＹｍの実数部の平均値の変動を示す図である。 最初の５つのモードに対する第１のモードのパネル直径を有するアドミタンスＹｍの実数部の平均値の変動を示す図である。 最初の５つのモードに対する第１のモードのパネル直径を有するアドミタンスＹｍの実数部の平均値の変動を示す図である。 最初の５つのモードに対する第１のモードのパネル直径を有するアドミタンスＹｍの実数部の平均値の変動を示す図である。 最初の５つのモードに対する第１のモードのパネル直径を有するアドミタンスＹｍの実数部の平均値の変動を示す図である。 最初の５つのモードと環状の場所のモード形状を示す図である。 個々の拡張された質量体を備えた最初の８つのモードのパネル直径を有するアドミタンスＹｍの実数部の平均値の変動を示す図である。 個々の拡張された質量体を備えた最初の８つのモードのパネル直径を有するアドミタンスＹｍの実数部の平均値の変動を示す図である。 個々の質量体を使用して４つのモード解決策における周波数に伴って変動する音圧レベルと音響パワーレベルを示すグラフである。 連続質量体をそれぞれ使用して４つのモード解決策における周波数に伴って変動する音圧レベルと音響パワーレベルを示すグラフである。 最適化法の後のパネルの最初の３つのモードを示すグラフである。 円形ダイアフラムを含むラウドスピーカの第１のモードよりも下方、第１のモードから第２のモードまで、及び第２のモードよりも上方の周波数応答をそれぞれ示す図である。 図１０ａの帯域内のラウドスピーカのピストンの変位を示す図である。 図１０ａの帯域内のラウドスピーカのモードの変位を示す図である。 図１０ａの帯域内のラウドスピーカのモードの変位を示す図である。 両方のモードの平衡が取られた図１０ａのラウドスピーカの第１のモードよりも下方、第１のモードから第２のモードまで、及び第２のモードよりも上方の周波数応答をそれぞれ示す図である。 図１０ｅの帯域内のラウドスピーカのピストンの変位を示す図である。 図１０ｅの帯域内のラウドスピーカのモードの変位を示す図である。 図１０ｅの帯域内のラウドスピーカのモードの変位を示す図である。 図１０ｅのラウドスピーカの、第１のモードよりも下方、第１のモードから第２のモードまで、及び第２のモードよりも上方の周波数応答をそれぞれ示す図である。 図１０ｉのラウドスピーカのピストンの指向性を示す図である。 図１０ｉの帯域内のラウドスピーカのモードの指向性を示す図である。 図１０ｉの帯域内のラウドスピーカのモードの指向性を示す図である。 ４つの異なる環状位置で駆動される円形パネルを有するラウドスピーカの周波数に伴う音圧と及びパワーの変動のシミュレーションである。 ４つの異なる環状位置で駆動される円形パネルを有するラウドスピーカの周波数に伴う音圧と及びパワーの変動のシミュレーションである。 ４つの異なる環状位置で駆動される円形パネルを有するラウドスピーカの周波数に伴う音圧と及びパワーの変動のシミュレーションである。 ４つの異なる環状位置で駆動される円形パネルを有するラウドスピーカの周波数に伴う音圧と及びパワーの変動のシミュレーションである。 より軽量の外側質量体を備えて図１１ｄで使用される環状位置での駆動円形パネルを有するラウドスピーカの周波数に伴う音圧及びアワーの変動のシミュレーションである。 本発明の別の実施形態の断面図である。 本発明の別の実施形態の断面図である。 図１２ａ及びと図１２ｂの実施形態の周波数に対するパワー応答のグラフである。 半径に対する図１２ａと１２ｂのパネルの最初の３つのモードの応答の対数平均のグラフである。 本発明の別の実施形態の図である。 最も内側の環状の場所に対する質量体の１０％変動の作用を示す周波数に対する音圧のグラフである。 最も内側の環状の場所に対する環状場所の１０％変動の作用を示す周波数に対する音圧のグラフである。 中間の環状の場所に対する質量体の１０％変動の作用を示す周波数に対する音圧のグラフである。 中間の環状の場所に対する環状場所の１０％変動の作用を示す周波数に対する音圧のグラフである。 最も中間の環状の場所に対する質量体の１０％変動の効果を示す周波数に対する音圧のグラフである。 最も中間の環状の場所に対する環状の場所の１０％変動の効果を示す周波数に対する音圧のグラフである。 環状の場所と質量体を２０％同時に変更した影響を示す周波数（Ｈｚ）に対する音圧（ｄｂ）のグラフである。 望ましい円形パネルを実現するために環状ダイアフラムを使用して近似する効果を示す周波数（Ｈｚ）に対する音圧（ｄｂ）のグラフである。 最初の２つのモードの平衡が取られ、単一の減衰パッドが装着されたラウドスピーカのオン・アクシス音圧レベル（ＳＰＬ）と音響パワーレベル（ＳＷＬ）曲線（それぞれ下側と上側の曲線）を示す図である。 本発明の別の態様によるラウドスピーカの平面図である。 図２２ａのラウドスピーカのオン・アクシス音圧レベル（ＳＰＬ）と音響パワーレベル（ＳＷＬ）曲線（それぞれ下側と上側の曲線）を示す図である。 円錐台カプラの斜視図である。 図２３のカプラを組み込んだラウドスピーカ駆動ユニットの側面図である。 図２４の駆動ユニットの後面図である。 図２３の駆動ユニットの変形形態の周波数（Ｈｚ）に対する音圧（ｄｂ）を示す図である。 図２３の駆動ユニットの変形形態の周波数（Ｈｚ）に対する音圧（ｄｂ）を示す図である。 図２３の駆動ユニットの変形形態の周波数（Ｈｚ）に対する音圧（ｄｂ）を示す図である。 図２３の駆動ユニットの変形形態の周波数（Ｈｚ）に対する音圧（ｄｂ）を示す図である。 本発明の第２の実施形態の平面図である。 図２７ａの線ＡＡに沿った断面図である。 図１２ｂの装置の周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 図２７ａの装置における先端角が１５８°の周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 図２７ａの装置における先端角が１７４°の周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 図２７ａの装置における先端角が１６６°の周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 本発明の別の実施形態の平面図である。 図２９ａの線ＡＡに沿った断面図である。 本発明の別の実施形態の平面図である。 図３０ａの線ＡＡに沿った断面図である。 図２９ａのパネルの最初の４つのモードのパネル直径を有するアドミタンスＹｍの実数部の平均値の変動を示すグラフである。 図２９ａの装置の周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 様々な環状質量体を有する図２９ａの装置の周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 様々な環状質量体を有する図２９ａの装置の周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 様々な環状質量体を有する図２９ａの装置の周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 本発明の実施形態による装置内に組み込むことができる代替のパネルの断面図である。 本発明の実施形態による装置内に組み込むことができる代替のパネルの断面図である。 本発明の別の実施形態の平面図である。 図３４ａの線ＡＡに沿った断面図である。 １つの質量体を有する、２つの質量体を有する、及び質量を持たない図３４ａの装置の周波数に伴うオン・アクシス音圧の変動を示すグラフである。 １つの質量体を有する、２つの質量体を有する、及び質量を持たない図３４ａの装置の周波数に伴う半空間パワーの変動を示すグラフである。 理論上のラウドスピーカ周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 理論上のラウドスピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 実際のラウドスピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 全長の半分に対する図３４ａのパネルの最初の２つのモードの対数平均アドミタンスのグラフである。 全長の半分に対する図３４ａのパネルの最初の３つのモードの対数平均アドミタンスのグラフである。 全長の半分に対する図３４ａのパネルの最初の４つのモードの対数平均アドミタンスのグラフである。 全長の半分に対する図３４ａのパネルの最初の５つのモードの対数平均アドミタンスのグラフである。 ２つのモード解決策の周波数に対する音圧レベルのグラフである。 ５つのモード解決策の周波数に対する音圧レベルのグラフである。 本発明の別の実施形態の平面図である。 本発明の別の実施形態の平面図である。 質量体がある場合と質量がない場合の図３８の装置の周波数に伴うオン・アクシス音圧の変動を示すグラフである。 質量体がある場合と質量がない場合の図３８の装置の周波数に伴う半空間パワーの変動を示すグラフである。 本発明の別の実施形態の平面図である。 図４０ａの線ＡＡに沿った断面図である。 図４０ａの実施形態のダイアフラムの最初の４つのモード形状のグラフである。 図４１ａのモード形状のフーリエ変換のグラフである。 図４０ａのダイアフラムの第１のモードと最初の２つのモードの両方の応答の対数平均を示すグラフである。 図４０ａのダイアフラムの最初の３つのモードと最初の４つのモードの両方の応答の対数平均アドミタンスを示すグラフである。 理論上のラウドスピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 理論上のラウドスピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 実際のラウドスピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 本発明の別の実施形態の平面図である。 図４３ａの実施形態のダイアフラムの最初の４つのモード形状のグラフである。 図４３ａのダイアフラムの第１のモードと最初の２つのモードの両方の対数平均アドミタンスを示すグラフである。 図４３ａのダイアフラムの最初の３つのモードと最初の４つのモードの両方の対数平均アドミタンスを示すグラフである。 本発明の別の実施形態の平面図である。 図４４ａの実施形態のダイアフラムの最初の４つのモード形状のグラフである。 矩形ピストン式スピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 理論上の共振パネル型スピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 実際の共振パネル型スピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧と半空間パワーの変動を示すグラフである。 本発明の別の実施形態の平面図である。 本発明の別の実施形態の側面図である。 図４８ａの実施形態の周波数に伴うオン・アクシス音圧との変動を示すグラフである。 図４８ａの実施形態の周波数に伴う半空間パワーの変動を示すグラフである。 図４８ａの実施形態上の変動に対する周波数に伴うオン・アクシス音圧の変動を示すグラフである。 図４８ａの実施形態上の変動に対する周波数に伴う半空間パワーの変動を示すグラフである。 カプラを備えたラウドスピーカの断面図である。 カプラを備えたラウドスピーカの背面図である。 カプラの第２の実施形態を含むラウドスピーカの断面図である。 カプラの第２の実施形態を含むラウドスピーカの背面図である。 ボイスコイルの半径ρに対する変換器のボイスコイルの有効正味力Ｆのグラフである。 円形ダイアフラムの１／４の平面図である。 ビーム状ダイアフラムの１／４の平面図である。 図５５ａと５５ｂの１／４ダイアフラムの側面図である。 サスペンション平衡化質量体がある場合とない場合のラウドスピーカの周波数に伴うオン・アクシス音圧の変動を示すグラフである。 サスペンション平衡化質量体がある場合とない場合のラウドスピーカの周波数に伴う半空間パワーの変動を示すグラフである。 サスペンション平衡化質量体がある場合とない場合のラウドスピーカの周波数に伴う半空間パワーの変動を示すグラフである。 本発明の別の実施形態の平面図である。 図５７ａの線ＡＡに沿った断面図である。 本発明の別の実施形態の平面図である。 本発明の別の実施形態の部分断面図である。

符号の説明

１０ 円形パネル
２０、２２、２４ 質量体
２６ ボイスコイル

Claims (88)

1. ある面積と動作周波数帯域とを有し、前記動作周波数帯域内に共振モードを有するようにするダイアフラムと、
   前記ダイアフラムに結合され該ダイアフラムとエネルギーを交換するように適合された駆動部を有する電気機械式変換器と、
   前記ダイアフラムに結合され又は一体化された少なくとも１つの機械インピーダンス手段と、
   を備え、
   前記変換器の駆動部及び前記少なくとも１つの機械インピーダンス手段の位置決めと質量は、前記ダイアフラムの領域にわたって正味の横断モード速度がゼロになる傾向にあることを特徴とする音響装置。
2. 前記ダイアフラムのパラメータは、前記動作周波数帯域内に２つのダイアフラムモードがあるようにすることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
3. 前記動作周波数帯域はピストン−モード移行を含み、前記変換器は前記ダイアフラムを平行移動させるように適合されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音響装置。
4. 前記変換器の駆動部は、前記動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置で前記ダイアフラムに結合されることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
5. 前記少なくとも１つの機械インピーダンス手段は、前記動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置で前記ダイアフラムに結合され又は一体化されることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
6. 前記変換器は、前記駆動部を形成するボイスコイルと磁石システムとを有し前記動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置で前記ボイスコイルを前記ダイアフラムに結合する手段を更に備える可動コイル装置であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
7. シャーシと、前記ダイアフラムを前記シャーシに結合する弾性サスペンションとを備え、前記サスペンションは、前記動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置で前記ダイアフラムに結合されることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
8. 請求項６に従属する場合、前記磁石システムは、前記シャーシに接地されることを特徴とする請求項７に記載の音響装置。
9. 前記変換器の駆動部が前記ダイアフラムに結合される位置は、前記サスペンションが前記ダイアフラムに結合される位置とは異なる位置であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の音響装置。
10. 前記ダイアフラムは、略円形の周縁部と質量中心とを有することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
11. 前記ダイアフラムのパラメータは、第１のダイアフラムモードがｋａ＝２未満であるようにし、ｋは波数、ａはダイアフラム半径であることを特徴とする請求項１０に記載の音響装置。
12. 請求項４から９のいずれか１項に従属する場合、前記又は各平均ノード位置は環状部にあり、前記ダイアフラムの直径に対する前記環状部の直径の比率は、前記動作周波数帯域内のモードの数に依存することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の音響装置。
13. 軸方向のモードが追加として考慮されることを特徴とする請求項１２に記載の音響装置。
14. 前記変換器の駆動部は、前記ダイアフラムの質量中心と同心円状に結合されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の音響装置。
15. 請求項７に従属する場合、前記サスペンションは、前記ダイアフラムの質量中心と同心円状に該ダイアフラムの周縁部から離れて結合されることを特徴とする請求項１１から１２のいずれか１項に記載の音響装置。
16. 前記少なくとも１つの機械インピーダンス手段は、環状質量体の形態であることを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載の音響装置。
17. 前記動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置で前記ダイアフラムに結合され又は一体化された幾つかの環状質量体を備えることを特徴とする請求項１６に記載の音響装置。
18. 前記ダイアフラムは、略矩形であり質量中心を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の音響装置。
19. 前記ダイアフラムのパラメータは、前記第１のダイアフラムモードがｋｌ＝４未満であるようにし、ｋは波数、ｌはダイアフラムの長さであることを特徴とする請求項１８に記載の音響装置。
20. 請求項４から９のいずれか１項に従属する場合、前記又は各平均ノード位置は、１対の対向する位置にあり、前記ダイアフラムの全長の半分に対する前記質量中心からの各対向する位置の距離の比は、動作周波数帯域内のモードの数に依存することを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の音響装置。
21. １対の変換器を備え、前記対の各１つが前記対向する位置の１つに装着されることを特徴とする請求項２０に記載の音響装置。
22. 前記変換器は、該変換器の駆動部が前記２つの対向する位置を駆動するように前記ダイアフラム上の中心に装着されることを特徴とする請求項２０に記載の音響装置。
23. 請求項７に従属する場合、前記サスペンションは、前記対向する位置に配置されることを特徴とする請求項２０から請求項２２のいずれか１項に記載の音響装置。
24. 前記機械インピーダンス手段は、１対の質量体の形態であり、これらの各１つが、前記対向する位置の１つに位置付けられることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１項に記載の音響装置。
25. 前記ダイアフラムに結合され又は一体化された幾つかの対の質量体を備えることを特徴とする請求項２４に記載の音響装置。
26. 前記ダイアフラムはビーム形であり、前記モードは前記ビームの長軸に沿っていることを特徴とする前記請求項１８から２５のいずれか１項に記載の音響装置。
27. 前記変換器手段の駆動部と前記少なくとも１つの機械インピーダンス手段は、前記ビームの長軸に沿って前記ダイアフラムに結合されることを特徴とする請求項２６に記載の音響装置。
28. 前記ダイアフラムの幅に対する前記変換器の駆動部の直径の比は、例えば最も低いクロスモードを除去するものであることを特徴とする請求項１８から請求項２７のいずれか１項に記載の音響装置。
29. 前記ダイアフラムの幅に対する前記変換器の駆動部の直径の比率は、約０．８であることを特徴とする請求項２８に記載の音響装置。
30. 前記質量体は、前記ダイアフラムの中心に向かって値が減少することを特徴とする請求項１６又は請求項２５に記載の音響装置。
31. 前記質量体は、前記変換器の駆動部の質量に対してスケーリングされることを特徴とする請求項１６、請求項２５、又は請求項３０に記載の音響装置。
32. 前記ダイアフラムは、撓み波剛性に関して等方性であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
33. モードを減衰させるためにダイアフラム速度が高速の場所で前記ダイアフラムに装着又は一体化された減衰手段を備えることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
34. 請求項１０から１７のいずれか１項に従属する場合、前記減衰手段は、前記ダイアフラムの質量中心と同心円状に結合された環状パッドであることを特徴とする請求項３３に記載の音響装置。
35. 前記変換器を前記ダイアフラムに結合する軽量の剛体カプラの形態のサイズアダプタを備えることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
36. 前記カプラは、第１の直径で前記変換器に結合され、第２の直径で前記ダイアフラムに結合されることを特徴とする請求項３５に記載の音響装置。
37. 前記カプラは円錐台形であることを特徴とする請求項３５又は請求項３６に記載の音響装置。
38. 前記ダイアフラムは開口を含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の音響装置。
39. 前記開口内に装着され、ある面積と動作周波数帯域とを有し、前記動作周波数帯域内に共振モードを有するようにする第２のダイアフラムと、
    前記ダイアフラムに結合され該ダイアフラムとエネルギーを交換するように適合された駆動部を有する電気機械式変換器と、
    前記ダイアフラムに結合され又は一体化された少なくとも１つの機械インピーダンス手段と、
    を備え、
    前記変換器の駆動部及び前記少なくとも１つの機械インピーダンス手段の位置決めと質量は、前記第２のダイアフラムの領域にわたる正味の横断モード速度がゼロになる傾向にあることを特徴とする請求項３８に記載の音響装置。
40. 前記開口に装着された部材を備え、前記開口は実質上音響的にシールされることを特徴とする請求項３８に記載の音響装置。
41. 前記ダイアフラムは、実質的に平面であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
42. 請求項７に従属する場合、前記サスペンションの質量は、前記変換器の駆動部の質量に対してスケーリングされることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の音響装置。
43. 前記音響装置はラウドスピーカであり、前記変換器は、前記変換器に供給される電気信号に応答して前記ダイアフラムに撓み波エネルギーを供給するように適合されており、前記ダイアフラムは、放射領域にわたって音響音を放射するように適合されていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の音響装置。
44. 前記ダイアフラムの放射領域を取り囲むバッフルを備えることを特徴とする請求項４３に記載の音響装置。
45. ある面積と動作周波数帯域とを有するダイアフラムを備えた音響装置を形成する方法であって、
    前記動作周波数帯域内に共振モードを有するように前記ダイアフラムのパラメータを選択する段階と、
    電気機械式変換器の駆動部を前記ダイアフラムに結合して前記ダイアフラムとエネルギーを交換する段階と、
    前記ダイアフラムに少なくとも１つの機械インピーダンス手段を追加する段階と、
    前記面積にわたる正味の横断モード速度がゼロになる傾向にあるように、前記変換器の駆動部の位置決めと質量及び前記少なくとも１つの機械インピーダンスの位置決めと質量を選択する段階と、
    を含む方法。
46. 自由振動ダイアフラムの速度プロファイルを前記ダイアフラムの速度プロファイルにマッピングする段階を含む請求項４５に記載の方法。
47. 前記動作周波数帯域内に２つのダイアフラムモードが存在するように前記ダイアフラムのパラメータを配置する段階を含む請求項４５又は請求項４６に記載の方法。
48. ピストン−モード移行を含むように前記動作周波数帯域を配置する段階と、前記ダイアフラムを平行移動させるように前記変換器を配置する段階とを含む請求項４５から請求項４７のいずれか１項に記載の方法。
49. 前記動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置で前記変換器の駆動部を前記ダイアフラムに結合する段階を含む請求項４５から請求項４８のいずれか１項に記載の方法。
50. 少なくとも１つの機械インピーダンス手段を前記動作周波数帯域内の前記ダイアフラムのモードの平均ノード位置にあるように配置する段階を含む請求項４５から請求項４９のいずれか１項に記載の方法。
51. 前記変換器は、前記駆動部を形成するボイスコイルと磁石システムとを有する可動コイル装置であり、前記動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置で前記ボイスコイルを前記ダイアフラムに結合する段階を更に含む請求項４５から５０のいずれか１項に記載の方法。
52. 前記動作周波数帯域内のモードの平均ノード位置で弾性サスペンションを前記ダイアフラムに結合し、前記サスペンションをシャーシに結合する段階を含む請求項４５から５１のいずれか１項に記載の方法。
53. 請求項５１に従属する場合、前記磁石システムを前記シャーシに結合する段階を含む請求項５２に記載の方法。
54. 前記サスペンションが前記ダイアフラムに結合される位置とは異なる位置で前記変換器の駆動部を前記ダイアフラムに結合する段階を含む請求項５２又は請求項５３に記載の方法。
55. 前記サスペンションの質量を前記変換器の駆動部の質量に対してスケーリングする段階を含む請求項５２から５４のいずれか１項に記載の方法。
56. 前記ダイアフラムを実質的に円形の周縁部と質量中心とを有するように配置する段階を含む請求項４５から５５のいずれか１項に記載の方法。
57. 第１のダイアフラムモードがｋａ＝２（ｋは波数、ａはダイアフラム半径）未満になるように前記ダイアフラムのパラメータを配置する段階を含む請求項５６に記載の方法。
58. 前記ダイアフラムの駆動直径を該ダイアフラムの中心とその周縁部との間で変化させることによって前記ダイアフラムのモードを平衡させる段階と、前記駆動直径が変化するときに平均駆動点アドミタンスを計算する段階と、前記アドミタンスの最小値によって与えられる位置に機械インピーダンスを追加する段階と、を含む請求項５６又は請求項５７に記載の方法。
59. 請求項５０から５５のいずれか１項に従属する場合、前記又は各平均ノード位置を環状部にあるように配置する段階と、前記動作周波数帯域内の前記半径方向モードの数から前記ダイアフラムの直径に対する前記環状部の直径の比率を求める段階とを含む請求項５６から５８のいずれか１項に記載の方法。
60. 軸方向のモードを考慮する段階を含む請求項５９に記載の方法。
61. 前記変換器の駆動部を前記ダイアフラムの質量中心と同心円状に前記ダイアフラムに結合する段階を含む請求項５６から６０のいずれか１項に記載の方法。
62. 前記サスペンションを前記ダイアフラムの質量中心と同心円状に該ダイアフラムの周縁部から離れて結合する段階を含む請求項５６から６１のいずれか１項に記載の方法。
63. 前記少なくとも１つの機械インピーダンスを環状質量体として配置する段階を含む請求項５６から６２のいずれか１項に記載の方法。
64. 幾つかの環状質量体を提供する段階を含む請求項６３に記載の方法。
65. 前記ダイアフラムを略矩形であり質量中心を有するように配置する段階を含む請求項４５から５５のいずれか１項に記載の方法。
66. 前記第１のダイアフラムのモードがｋｌ＝４（ｋは波数、ｌは前記ダイアフラムの長さ）未満になるように前記ダイアフラムのパラメータを選定する段階を含む請求項６５に記載の方法。
67. 請求項５０から５５のいずれか１項に従属する場合、前記又は各平均ノード位置を１対の対向する位置にあるように配置する段階と、前記動作周波数帯域内のモードの数から前記ダイアフラムの全長の半分に対する前記質量中心からの各対向位置の距離の比を求める段階とを含む請求項６５又は請求項６６に記載の方法。
68. 前記変換器を各対向する位置に装着する段階を含む請求項６７に記載の方法。
69. 前記変換器の駆動部が前記２つの対向する位置を駆動するように前記ダイアフラム上の中心に前記変換器を装着する段階を含む請求項６７に記載の方法。
70. 請求項５２に従属する場合、前記対向する位置にサスペンションを位置付ける段階を含む請求項６７から６９のいずれか１項に記載の方法。
71. １対の質量体の形態の機械インピーダンス手段を付加する段階と、各質量体を前記対向する位置の１つに位置付ける段階とを含む請求項６７から７０のいずれか１項に記載の方法。
72. 前記ダイアフラムに幾つかの対の質量体を付加する段階を含む請求項７１に記載の方法。
73. 前記ダイアフラムをビーム状で且つ前記ダイアフラムの長軸に沿ったモードを有するように配置する段階を含む請求項６５から７２のいずれか１項に記載の方法。
74. 前記変換器手段の駆動部と前記少なくとも１つの機械インピーダンスを前記ダイアフラムの長軸に沿って結合する段階を含む請求項７３に記載の方法。
75. 最も低いクロスモードを除去するために前記ダイアフラムの幅に対する前記変換器の駆動部の直径の比を選定する段階を含む請求項６５から７４のいずれか１項記載の方法。
76. 前記ダイアフラムの幅に対する前記変換器の駆動部の直径の比が約０．８であるように選定する段階を含む請求項７５に記載の方法。
77. 前記ダイアフラムの中心に向かって値が減少するように前記質量体を配置する段階を含む請求項６４から７２に記載の方法。
78. 前記質量体を前記変換器の駆動部の質量に対してスケーリングする段階を含む請求項６４、請求項７２、又は請求項７７に記載の方法。
79. 前記ダイアフラムを撓み剛性に関して等方性であるように配置する段階を含む請求項４５から７８のいずれか１項に記載の方法。
80. 減衰されることになるモードを選択する段階と、前記選択されたモードが減衰されるようにダイアフラム速度が高速の場所で前記ダイアフラムに減衰手段を付加する段階とを含む請求項４５から７９のいずれか１項に記載の方法。
81. 請求項５６から６４のいずれか１項に従属する場合、環状減衰パッドの形態の減衰手段を前記ダイアフラムの質量中心と同心円状に結合する段階を含む請求項８０に記載の方法。
82. 軽量の剛体アダプタの形態のサイズアダプタを使用して前記変換器を前記ダイアフラムに結合する段階を含む請求項４５から８１のいずれか１項に記載の方法。
83. 第１の直径において前記カプラを前記変換器に結合する段階と、第２の直径において前記カプラを前記ダイアフラムに結合する段階とを含む請求項８２に記載の方法。
84. 前記ダイアフラム中に開口を設ける段階を含む請求項４５から８３のいずれか１項に記載の方法。
85. 前記ダイアフラムの開口内に、ある面積と動作周波数帯域とを有する第２のダイアフラムを配置する段階と、
    前記動作周波数帯域内に共振モードを有するように前記第２のダイアフラムのパラメータを選定する段階と、
    撓み波エネルギーを交換するために前記変換器の駆動部を前記第２のダイアフラムに結合する段階と、
    前記ダイアフラムに少なくとも１つの機械インピーダンス手段を取り付ける段階と、
    を含む請求項８４に記載の方法。
86. 前記開口にシール部材を装着してこれにより前記開口が実質上音響的にシールされる段階を含む請求項８４に記載の方法。
87. 前記ダイアフラムを実質的に平面であるように配置する段階を含む請求項４５から８６のいずれか１項に記載の方法。
88. 請求項５２に従属する場合、前記サスペンションの質量を前記変換器の駆動部の質量に対しスケーリングする段階を含む請求項４５から８７のいずれか１項に記載の方法。

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