JP3792285B2 - スピーカ用ホーン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホーンスピーカに用いられるホーンの形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、この種のスピーカ用ホーンでは、広い周波数範囲で均一な指向性制御を行う定指向性ホーンが提供されている。この定指向性ホーンは、水平方向および垂直方向の指向性を制御し、指向角の内側では均一な音場が得られ、指向角の外側には音圧が漏れにくい特徴がある。したがって、複数個のホーンを使って拡声するときの相互干渉や建造物の壁面等からの反射波を軽減し、受聴点で平坦な周波数特性が得られる効果がある。このようなスピーカ用ホーンは、互いに向かい合う二対の壁面で構成される四角錐状の音孔を持ち、その壁面は広い周波数範囲で音波の指向性を一定にするような関数で規定された曲面になっている。この関数は、水平方向と垂直方向とで独立した設計となっており、これにより水平方向と垂直方向の指向性を別々に制御している。
【０００３】
以下、この定指向性ホーンについて図面を参照しながら詳細に説明する。図７は従来の定指向性ホーンの斜視図、図８はその正面図、図９（ａ）はその水平断面２１での断面図、同図（ｂ）はその斜め方向の断面２６での断面図、同図（ｃ）はその垂直断面２０での断面図である。図７に示すように、この定指向性ホーンは、曲面２２と２３、曲面２４と２５の対向する２組の異なる曲面より構成され四角錐型の音孔を持っている。これはホーンの水平方向の指向性は水平断面の曲線関数に依存し、垂直方向の指向性は垂直断面の曲線関数に依存する性質があり、この性質を利用して水平方向および垂直方向の指向性制御を別々に行うためである。この曲面は、例えば特公昭５０−２０２３８号公報では、水平方向の目標指向角が２θ_h 、垂直方向の目標指向角が２θ_v であり、θ_h ＞θ_v であるとき、垂直断面は式（５）で表され、ｎの値が図９（ｃ）の３０、３０′より開口側ではｎ₃ （ｎ₃ ≧２）、スロート側ではｎ₄ （ｎ₄ ＞ｎ₃ ）であり、ホーン開口での接線角度は１．５θ_v 〜２θ_v である。図９（ａ）の水平断面では、開口から距離１₂ の点と開口の間では式（５）で表され、２７、２７′より開口側ではｎ₁ （ｎ₁ ≧２）、スロート側ではｎ₂ （ｎ₂ ≧ｎ₁ ）であり、ホーン開口での接線角度は１．５θ_v 〜２θ_v であり、スロートと開口からの距離１₂ の間ではホーンの断面積変化がエクスポネンシャルになるような曲線である。
ｙ＝ａ₀ （１＋γｘ）ⁿ ・・・（５）
ａ₀ ：スロートの半径
γ ：広がり係数
ｘ ：スロートからの距離
ｎ ：係数
【０００４】
このように、上記した従来のホーンでは、図７に示すように、水平断面２１および垂直断面２０では、中心軸と側壁の距離関係がスロートから開口へ向かって開口率が滑らかに漸増する曲線であり、水平指向性および垂直指向性が広い周波数範囲で一定であるという長所があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスピーカ用ホーンでは、ホール、競技場等の音場設計をする上では、図６に示すように、ホーン開口面に平行な面１９での音圧分布は長方形状の音圧分布が理想的である。しかしながら、角型の音孔をもつホーンでは、図８の２６のような斜め方向での断面は考慮されておらず指向性を制御していない。図９（ｂ）は図８に示すホーンの２６の方向での断面図で、２８、２９のように随所に変曲点をもっている。このため図６に示す開口面に平行な面１９での音圧分布を調べると、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように斜め方向の音圧が低く、また、音圧分布が周波数によって異なるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来のスピーカ用ホーンにおける問題を解決するものであり、ホーンの斜め方向での音圧低下を防いで長方形に近い音圧分布を実現すること、および音圧分布の周波数による変化を少なくすることのできるスピーカ用ホーンを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のスピーカ用ホーンは、スロートに平行な断面が水平、垂直、斜め方向の断面の８点で規定されており、水平方向の目標指向角と垂直方向の目標指向角から水平断面と斜め断面との間の角度αおよび斜め方向の目標指向角が規定され、水平方向の断面と垂直方向の断面と斜め方向の断面は、各々の方向の目標指向角２θに対し２つの異なる平均開く角をもつ曲線の結合形であって、スロート側では平均開く角が当該方向の目標指向角２θに対して０．８〜１．２θであり、開口側では１．１θ〜２θであり、スロートから開口までの長さが異なる場合には、開口部分が一致するように長さの短い曲線を開口側に平行移動したものである。
【０００８】
したがって、本発明によれば、スピーカ用ホーンを上記した構成とすることにより、斜め方向での音圧低下を防いで長方形に近い音圧分布を得ることができ、また、音圧分布の周波数による変化を少なくすることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、スロートに平行な断面が８点を通過する閉スプライン形状をしており、８点のうち２点はホーンの垂直断面上の点であり、別の２点はホーンの水平断面上の点であって、残りの４点は水平断面をホーン中心軸に関して時計廻りおよび反時計廻りに角度αだけ回転させたホーンの斜め方向の断面上の点であり、水平目標指向角が２θ_h であり、垂直目標指向角が２θ_v であって、
α＝ｔａｎ^-1（ｑ×ｔａｎθ_v ）／（ｐ×ｔａｎθ_h ） ・・・（６）
α ：斜め方向の断面と水平断面の角度
θ_v ：垂直目標指向角の半分
θ_h ：水平目標指向角の半分
ｐ ：係数 １≦ｐ≦１．３
ｑ ：係数 １≦ｑ≦１．３
なる関係式で表され、かつ、上記斜め方向での目標指向角が、

θ_d ：斜め目標指向角の半分
ｒ ：係数 １≦ｒ≦１．５
であり、水平方向、垂直方向、斜め方向の断面が、それぞれ２つの異なる平均開き角をもつ曲線の結合形であって、スロート側では平均開き角が当該方向の目標指向角２θに対して０．８〜１．２θであり、開口側では１．１〜２θであり、水平方向、垂直方向、斜め方向でスロートから開口までの長さが異なる場合には開口部分が一致するように長さの短い曲線を開口側に平行移動し、スロート側に平均開き角が±２０°以下である直線または曲線を結合した形状であることを特徴とするものであり、水平方向、垂直方向の断面が上記曲線の結合で表されることから、水平指向角および垂直指向角が広い周波数埴で目標指向角に近い値をとり、また、水平断面と斜め方向の断面の間の角度αおよび目標指向角を水平目標指向角と垂直目標指向角から計算し、その断面形状は上記曲線を結合した形状であることから、斜め方向での音圧低下を防いで長方形形状に近い音圧分布が得ることができ、また音圧分布の周波数による変化を少なくできる効果がある。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、水平方向、垂直方向、斜め方向の断面が、それぞれ２つの異なる広がり率をもつ曲線の結合形であって、結合部での半径ｙ₁ は開口半径ａ_m の０．３〜０．８倍であり、スロート側の曲線は、
ｙ＝√（ａ_t ² ＋ｔａｎ² θ・ｘ² ） ・・・（８）
ｘ ：スロートからの距離
ｙ ：スロートから距離ｘの断面の半径
ａ_t ：スロートの半径
θ ：当該方向の目標指向角の半分
で表され、開口側では、

ａ_m ：開口での断面半径
ｘ₁ ：スロートから２つの曲線の結合部までの距離
ｙ₁ ：２つの曲線の結合部半径（０．３ａ_m ≦ｙ₁ ≦０．８ａ_m ）
ｋ ：式（８）における結合部の微分係数
θ₂ ：開口側の曲線の平均開き角（θ≦θ₂ ≦２θ）
ｎ ：係数（２＜ｎ＜５）
で表され、水平方向、垂直方向、斜め方向で上記式によって計算されるスロートから開口までの長さが異なる場合には、ホーン長の短い断面の曲線は式（８）でのａ_t をスロート半径の０．６〜２．５倍の値にして、さらに開口部分が一致するように開口側に平行移動し、スロート側に平均開き角が±２０°以下である直線または曲線を結合した形状であることを特徴とする請求項１記載のスピーカ用ホーンであり、請求項１のみを満たす場合に比べ、水平断面、垂直断面、斜め断面を数式で表すことによって、ホーンの各方向の断面設計を定式化して設計を容易ならしめ、水平指向角および垂直指向角が広い周波数範囲で目標指向角との偏差を狭め、斜め方向での音圧低下を防いで長方形形状に近い音圧分布を得ることができ、また音圧分布の周波数による変化を少なくできる効果がある。
【００１１】
（実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。本実施の形態では、θ_h ＞θ_v の場合について記述する。図１は本発明の実施の形態におけるホーンの斜視等高線図であり、図２はその正面等高線図である。図１において、１は水平断面、２は垂直断面、３、４は斜め断面である。水平指向角は２θ_h であり、垂直指向角は２θ_v であり、斜め断面３および４が水平断面１となす角度は式（６）のαで表される。
【００１２】
図２において、５はスロートに平行な断面の一例であり、垂直断面２の上の２点８、１２および水平断面１の上の２点６、１０および斜め断面３、４上の４点７、９、１１、１３の計８点を通過する閉スプライン形状をしている。斜め断面３、４の方向の目標指向角は式（７）におけるθ_d の２倍であり、この式を見ればθ_d ＞θ_h ＞θ_v であることは自明である。
【００１３】
図３（ａ）は本発明によるホーンの水平断面１での断面線図であり、図３（ｂ）は斜め断面３および４での断面線図であり、図３（ｃ）は垂直断面２での断面線図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、１４、１４′および１６、１６′および１８、１８′より開口側では、各断面は式（９）で表され、スロート側では式（８）で表される。θ_d ＞θ_h ＞θ_v であるから、ホーン長は垂直断面が一番長く１₃ であり、水平断面では式（８）においてａ_t の値は垂直断面の式におけるａ_t の値の１．５倍の値をとり、垂直断面とのホーン長の差１₁ だけ平均開き角２°の直線をスロート側に結合している。また、斜め断面でもａ_t の値は垂直断面の式におけるａ_t の値の１．５倍の値をとるものであり、ホーン長の差１₂ だけ平均開き角５°の直線をスロート側に結合している。
【００１４】
図４は本実施の形態におけるホーンの垂直方向の指向角周波数特性を示す。広い周波数範囲で目標指向角に近い値をとることが分かる。
【００１５】
図５は本実施の形態におけるホーン開口面に平行な面での音圧分布を示す。図１０に示した従来のホーンの音圧分布に比べ、斜め方向での音圧低下を防ぎ、長方形形状に近い音圧分布が得られ、また、音圧分布の周波数による変化が少なくなっていることが分かる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、上記実施の形態から明らかなように、水平指向角および垂直指向角が広い周波数範囲で目標指向角に近い値をとり、斜め方向での音圧低下を防いで長方形形状に近い音圧分布を得ることができ、また音圧分布の周波数による変化を少なくできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスピーカ用ホーンの斜視等高線図
【図２】図１に示したスピーカ用ホーンの正面等高線図
【図３】（ａ）は図１に示したホーンの水平断面線図
（ｂ）は図１に示したホーンの水平断面線図と角度αで交わる斜め方向の断面線図
（ｃ）は図１に示したホーンの垂直断面線図
【図４】本発明の一実施の形態におけるホーンの垂直指向性図
【図５】本発明の一実施の形態におけるホーンの音圧分布図
【図６】音圧分布の測定法を説明するための模式図
【図７】従来例におけるスピーカ用ホーンの斜視図
【図８】従来例におけるスピーカ用ホーンの正面図
【図９】（ａ）は図７に示した従来のホーンの水平断面線図
（ｂ）は図７に示した従来のホーンの斜め方向の断面線図
（ｃ）は図７に示した従来のホーンの垂直断面線図
【図１０】図７に示した従来のホーンの音圧分布図
【符号の説明】
１ 水平断面
２ 垂直断面
３、４ 斜め断面
５ スロートに平行な断面
６、７、８、９、１０、１１、１２、１３ 断面５が通過する８点
１４、１５ 水平関数の結合点
１６、１７ 斜め関数の結合点
１８ 垂直関数の結合点
１９ 音圧分布を測定する面
２０ 水平断面
２１ 垂直断面
２２、２３、２４、２５ ホーン側壁
２６ 斜め断面
２７ 水平関数の結合点
２８、２９ 斜め関数の変曲点
３０ 垂直関数の結合点

Claims (2)

1. スロートに平行な断面が８点を通過する閉スプライン形状をしており、８点のうち２点はホーンの垂直断面上の点であり、別の２点はホーンの水平断面上の点であって、残りの４点は水平断面をホーン中心軸に関して時計廻りおよび反時計廻りに角度αだけ回転させたホーンの斜め方向の断面上の点であり、水平目標指向角が２θ_h であり、垂直目標指向角が２θ_v であって、
   α＝ｔａｎ^-1（ｑ×ｔａｎθ_v ）／（ｐ×ｔａｎθ_h ） ・・・（１）
   α ：斜め方向の断面と水平断面の角度
   θ_v ：垂直目標指向角の半分
   θ_h ：水平目標指向角の半分
   ｐ ：係数 １≦ｐ≦１．３
   ｑ ：係数 １≦ｑ≦１．３
   なる関係式で表され、かつ、上記斜め方向での目標指向角が、
   

   

   θ_d ：斜め目標指向角の半分
   ｒ ：係数 １≦ｒ≦１．５
   であり、水平方向、垂直方向、斜め方向の断面が、それぞれ２つの異なる平均開き角をもつ曲線の結合形であって、スロート側では平均開き角が当該方向の目標指向角２θに対して０．８〜１．２θであり、開口側では１．１〜２θであり、水平方向、垂直方向、斜め方向でスロートから開口までの長さが異なる場合には開口部分が一致するように長さの短い曲線を開口側に平行移動し、スロート側に平均開き角が±２０°以下である直線または曲線を結合した形状であることを特徴とするスピーカ用ホーン。
2. 水平方向、垂直方向、斜め方向の断面が、それぞれ２つの異なる広がり率をもつ曲線の結合形であって、結合部での半径ｙ₁ は開口半径ａ_m の０．３〜０．８倍であり、スロート側の曲線は、
   ｙ＝√（ａ_t ² ＋ｔａｎ² θ・ｘ² ） ・・・（３）
   ｘ ：スロートからの距離
   ｙ ：スロートから距離ｘの断面の半径
   ａ_t ：スロートの半径
   θ ：当該方向の目標指向角の半分
   で表され、開口側では、
   

   

   ａ_m ：開口での断面半径
   ｘ₁ ：スロートから２つの曲線の結合部までの距離
   ｙ₁ ：２つの曲線の結合部半径（０．３ａ_m ≦ｙ₁ ≦０．８ａ_m ）
   ｋ ：式（３）における結合部の微分係数
   θ₂ ：開口側の曲線の平均開き角（θ≦θ₂ ≦２θ）
   ｎ ：係数（２＜ｎ＜５）
   で表され、水平方向、垂直方向、斜め方向で上記式によって計算されるスロートから開口までの長さが異なる場合には、ホーン長の短い断面の曲線は式（３）でのａ_t をスロート半径の０．６〜２．５倍の値にして、さらに開口部分が一致するように開口側に平行移動し、スロート側に平均開き角が±２０°以下である直線または曲線を結合した形状であることを特徴とする請求項１記載のスピーカ用ホーン。

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