CZ2001757A3 - Panel form acoustic apparatus using bending waves modes - Google Patents
Panel form acoustic apparatus using bending waves modes Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2001757A3 CZ2001757A3 CZ2001757A CZ2001757A CZ2001757A3 CZ 2001757 A3 CZ2001757 A3 CZ 2001757A3 CZ 2001757 A CZ2001757 A CZ 2001757A CZ 2001757 A CZ2001757 A CZ 2001757A CZ 2001757 A3 CZ2001757 A3 CZ 2001757A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- acoustic
- acoustic member
- exciter
- bending stiffness
- frequency
- Prior art date
Links
Abstract
Akustický člen (1) ve tvaru panelu schopný ohybového vlnění má rychlost šíření ohybových vln, která se mění v oblasti koincídence tak, aby se dosáhlo takového rozmezí koincidenčních frekvencí, které způsobuje, že se akustické sdružení ohybových vln objevuje v širším rozmezí úhlů nebo že se toto sdružení stává rovnoměrnějším. Reproduktor zahrnuje akustický člen (1) ve tvaru panelu a budič (3) připevněný k akustickému členu (1) pro buzení ohybových vln v akustickém členu (1) k dosažení akustického výstupuPanel-shaped acoustic element (1) capable of bending waves it has a bending wave propagation rate that changes in the region coincidence to achieve such a range coincidence frequencies that make it acoustic bending wave association appears in a wider range of angles or that this association becomes more even. Speaker includes panel-shaped acoustic member (1) and driver (3) attached to an acoustic member (1) for exciting bending waves in the acoustic member (1) to achieve acoustic output
Description
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká akustického zařízení ve tvaru panelu používající vidy ohybového vlnění, zejména reproduktoru zahrnující toto akustické zařízeni.The invention relates to a panel-shaped acoustic device using bending wave modes, in particular a loudspeaker comprising the acoustic device.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Akustická zařízení s distribuovanými vidy jsou známá z velkého počtu dokumentů, jakým je např. mezinárodní patentová přihláška W097/09842. Tato zařízení nefungují na základě pístového dopředného a zpětného pohybu membrány, který je typický pro konvenční reproduktory. Podstatou uvedených akustických zařízení je spojení měniče s tuhým rezonanční členem ve tvaru panelu, který je schopen ohybového vlnění. Ohybové vlny se distribují v žádoucím frekvenčním rozmezí a sdružuji se se vzduchem. Uvedené spojení měniče s tuhým akustickým členem se obvykle využívá v reproduktorech, kde měnič je tvořen budičem, který v akustickém členu budí ohybové vlnění, čímž akustický člen produkuje akustický výkon.Distributed mode acoustic devices are known from a large number of documents, such as the international patent application WO97 / 09842. These devices do not operate due to the piston forward and reverse movement of the diaphragm, which is typical of conventional loudspeakers. The essence of said acoustic devices is to connect the transducer to a rigid resonant member in the form of a panel capable of bending waves. The bending waves distribute in the desired frequency range and associate with air. Said connection of a transducer to a rigid acoustic member is typically utilized in loudspeakers, wherein the transducer is formed by an exciter that generates bending waves in the acoustic member, thereby producing the acoustic member.
V mezinárodní patentové přihlášce WO98/39947, která byla zveřejněna po prioritním datu této přihlášky vynálezu, je popsáno akustické zařízení, které rovněž funguje v pístovém režimu. Aby se střed hmoty akustického členu nacházel ve výhodné poloze vůči budiči, střed ohybové tuhosti je odsazen od polohy budiče.International Patent Application WO98 / 39947, which was published after the priority date of the present application, describes an acoustic device which also operates in a piston mode. In order for the center of the mass of the acoustic member to be in a preferred position relative to the exciter, the center of flexural stiffness is offset from the exciter position.
Je obvykle výhodné použít velký tuhý akustický člen ve tvaru panelu. Velké tuhé panely produkují jak při nízkých tak í vysokých frekvencích dobrý výkon. Avšak při frekvenci ··· vyšší, než je koincidenční frekvence, tj. frekvenci, při které rychlost Šíření ohybových vln dosáhne rychlosti zvuku ve vzduchu, se může objevit silný směrový efekt.It is usually advantageous to use a large rigid panel-shaped acoustic member. Large rigid panels produce good performance at both low and high frequencies. However, at a frequency higher than the coincidence frequency, i.e. the frequency at which the bending wave propagation speed reaches the speed of sound in the air, a strong directional effect may occur.
V malých akustických členech účinky koíncidence” představují menší problém. Avšak omezení velikosti akustického členu zeslabuje výkon při nízkých frekvencích a snižuje vidovou hustotu, což způsobuje nižší odezvu akustického členu.In small acoustic elements, the effects of coincidence ”are a minor problem. However, limiting the size of the acoustic member attenuates performance at low frequencies and decreases the mode density, resulting in a lower acoustic member response.
Je rovněž možné k omezení koincidenčních účinků použít méně tuhý akustický člen. To však muže nepříznivě ovlivnit výkon při vysokých frekvencích, a to dvěma způsoby. Jeden z nich spočívá v tom, že vliv hmoty cívky je silnější, poněvadž impedance cívky je srovnatelná s impedancí při nižší frekvenci, což ovlivňuje vysokofrekvenční mez. Druhý z nich spočívá v tom, že se aperturní rezonance materiálu akustického členu uvnitř kmitací cívky, ke které dochází, když vlnová délka akustického členu je srovnatelná průměrem budiče, v méně tuhém akustickém členu objevuje při nižší frekvenci. Tento effekt může být patrný jako špička akustického tlaku. Kromě toho nízkofrekvenční výkon velkého akustického členu s nižší tuhostí je relativně slabý.It is also possible to use a less rigid acoustic member to reduce the coincidence effects. However, this can adversely affect high-frequency performance in two ways. One is that the effect of the coil mass is stronger because the impedance of the coil is comparable to the impedance at a lower frequency, which affects the high-frequency limit. The second is that the aperture resonance of the acoustic member material within the voice coil, which occurs when the wavelength of the acoustic member is comparable to the exciter diameter, appears in the less rigid acoustic member at a lower frequency. This effect can be seen as the peak of acoustic pressure. In addition, the low frequency power of a large, less rigid acoustic member is relatively poor.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Předmětem vynálezu je akustický člen ve tvaru panelu schopný ohybovového vlnění, jehož podstata spočívá v tom, že se ohybová tuhost r.ebo/a plošná hustota hmoty v akustickém členu mění podél plochy panelu k dosažení rozmezí koincidenčních frekvencí mající poměr maximální koincidenční frekvence ku minimální koincidenční frekvenci alespoň 1 ažSUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a panel-shaped acoustic member capable of bending, wherein the bending stiffness and / or the basis density of the mass in the acoustic member vary along the panel surface to achieve a range of coincidence frequencies having a ratio of maximum coincidence frequency to minimum coincidence a frequency of at least 1 to
1,2 tak, že ohybové vlny jsou rovnoměrněji sdruženy se • · •· ··* • ·· vzduchem, pokud jde o akustický výkon nebo/a směrovost, ve srovnání s izotropním panelem.1,2 so that the bending waves are more evenly associated with air in terms of sound power and / or directionality as compared to the isotropic panel.
Rozmezí koincidenční frekvencí s uvedeným poměrem 1 ažRange of coincidence frequencies with the indicated ratio 1 to
1,2 má v provedeních vynálezu mírný účinek. Avšak větší rozmezí alespoň od 1 do 1,5 nebo výhodně alespoň 1 až 2 má větší účinek.1,2 has a slight effect in embodiments of the invention. However, a larger range of at least 1 to 1.5 or preferably at least 1 to 2 has a greater effect.
V žádné publikaci není popsána regulace koincidence, ačkoliv její negativní účinky jsou známé. Některé techniky řeší problém s koincidencí přidáním hmoty k rezonančímu členu nebo pokrytím akustického členu tlumící vrstvou. Tyto techniky představují obvykle izotropní techniky.No publication describes the regulation of coincidence, although its negative effects are known. Some techniques solve the problem of coincidence by adding mass to the resonant member or by covering the acoustic member with a damping layer. These techniques are usually isotropic techniques.
Akustický člen ve tvaru panelu může být součástí libovolného akustického zařízení, jakým je např. akustický absorpční člen, akustický rezonační člen pro regulaci dozvuku, akustický krycí člen nebo nosný člen pro zvukové komponenty.The panel-shaped acoustic member may be part of any acoustic device, such as an acoustic absorbing member, an acoustic reverberation member for controlling the reverberation, an acoustic cover member, or a supporting member for the sound components.
Akustický člen je výhodně použit v aktivních zařízeních obsahujících měnič spojený s akustickým členem k převedení elektrických signálů na ohybové vlnění a ohybového vlnění na elektrické signály. Tímto aktivním zařízením může být mikrofon obsahující výše uvedený akustický člen ve tvaru panelu a měnič pro převedení ohybového vlnění na elektrické signály.The acoustic member is preferably used in active devices comprising a transducer coupled to the acoustic member to convert electrical signals into bending waves and bending waves into electrical signals. The active device may be a microphone comprising the aforementioned panel-shaped acoustic member and a transducer for converting bending waves into electrical signals.
Zejména výhodným použitím akustického členu je použití akustického členu v reproduktoru. V takové aplikaci reproduktor zahrnuje akustický člen, který je schopen ohybového vlnění v rozmezí zvukových frekvencích, budič uspořádaný na akustickém členu pro buzení ohybového vlnění v akustickém členu k dosažení akustického výstupu, přičemž ohybová tuhost akustického členu se mění s polohou podél plochy akustického členu, takže účinek koincidence na akustický výstup akustického členu je vyhlazen.A particularly preferred use of the acoustic member is the use of the acoustic member in the loudspeaker. In such an application, the loudspeaker comprises an acoustic member capable of bending in the range of sound frequencies, an actuator arranged on the acoustic member to drive the bending wave in the acoustic member to achieve the acoustic output, wherein the bending stiffness of the acoustic member varies with position along the acoustic member surface. the effect of coincidence on the acoustic output of the acoustic member is smoothed.
Účinky koincidence na akustický výstup se projevují soustřeďováním zvuku do svazku při frekvenci vyšší, než je koincidenční frekvence, nebo výskytem přerušení nebo špiček akustického výstupního tlaku nebo učiněním výkonu závislým na frekvenci, v celé přední hemisféře nebc/a v jednotlivých směrech. Některé nebo všechny projevy účinku koincidence mohou být omezeny vynálezem.The effects of coincidence on the acoustic output are manifested by concentrating the audio into a beam at a frequency higher than the coincidence frequency, or by occurrence of interruptions or peaks in the acoustic output pressure, or by making frequency dependent power throughout the anterior hemisphere or in each direction. Some or all of the manifestations of the effect of coincidence may be limited by the invention.
Změny ohybové tuhosti způsobují dodatečné změny rychlosti zvuku v akustickém členu a tudíž změny koincidenční frekvence. V důsledku toho se múze podél povrchu akustického členu měnit směr akustického záření. Změny ohybové tuhosti pro.co mohou být uspořádány tak, že způsobují šíření vyzářeného zvuku v širokém úhlu, čímž omezují šíření zvuku definované úzkou směrovou charakteristikou (tzv. směrování).Changes in bending stiffness cause additional changes in the speed of sound in the acoustic member and hence changes in the coincidence frequency. As a result, the direction of the acoustic radiation may vary along the surface of the acoustic member. Changes in flexural stiffness pro.co can be arranged to cause the propagation of radiated sound at a wide angle, thereby limiting the sound propagation defined by a narrow directional characteristic (the so-called routing).
Kromě toho průběh výkonu akustického členu, který je funkcí frekvence, má obvykle špičku nebo přerušení při koincidenční frekvenci. Tato nepravidelnost může být odstraněna změnou koincidenční frekvence.In addition, the power waveform of the acoustic element, which is a function of frequency, typically has a peak or break at the coincidence frequency. This irregularity can be corrected by changing the coincidence frequency.
Koincidenční frekvence je nepřímoúměrná ohybové tuhosti a může být obvykle regulována změnou ohybové tuhosti. Ta zase může být dosažena změnou tloušťky akustického členu.The coincidence frequency is inversely proportional to the bending stiffness and can usually be controlled by changing the bending stiffness. This in turn can be achieved by varying the thickness of the acoustic member.
Akustický člen může být tužší v místě uspořádání budiče, poněvadž k aperturní rezonanci, způsobené sdružením hmoty cívky podél konečné plochy, dochází v tužším akustickém členu při výhodně vyšší frekvenci.The acoustic member may be stiffer at the exciter location, since the aperture resonance caused by the coil mass pooling along the final surface occurs in the stiffer acoustic member at preferably a higher frequency.
V alternativním provedení vynálezu ohybová tuhost může mít maximum v blízkosti místa uspořádání budiče. Tak např., akustický člen může být symetrický s tím, že maximum ohybové«4* «Μ· tuhosti je v jeho středu, takže se budič, výhodně umístěný mimo střed akustického členu s distribuovanými vidy, nachází v blízkosti místa minima koincidenční frekvence, t j. obvykle místa maxima ohybové tuhosti, avšak ne v místě minima koincidenční frekvence. Umístěním budiče v blízkosti maxima ohybové tuhosti se rozumí to, že v místě budiče má akustický člen ohybovou tuhost alespoň 70 % svého maxima, výhodně 80 % a výhodněji více než 90 %.In an alternative embodiment of the invention, the bending stiffness may have a maximum near the exciter location. For example, the acoustic member may be symmetrical with the maximum bending stiffness being at its center so that the exciter, preferably located off the center of the distributed mode acoustic member, is located near the minimum coincidence frequency location, t j. usually the bending stiffness maximum, but not at the coincidence frequency minimum. By positioning the exciter near the maximum bending stiffness is meant that at the exciter location the acoustic member has a bending stiffness of at least 70% of its maximum, preferably 80% and more preferably more than 90%.
V jiném provedení vynálezu okraje akustického členu mohou být tužší než střed akustického členu. Rovněž i v tomto provedení koincidenční frekvence je vyhlazena změnou tuhosti akustického členu.In another embodiment of the invention, the edges of the acoustic member may be stiffer than the center of the acoustic member. Also in this embodiment, the coincidence frequency is smoothed by changing the stiffness of the acoustic member.
Budič může být umístěn na tenké oblasti akustického členu, ve které mechanická impedance je nižší. To může napomáhat zavedení nízkofrekvenční energie do akustického členu.The exciter may be located on a thin area of the acoustic element in which the mechanical impedance is lower. This may help to introduce low frequency energy into the acoustic member.
Akustický člen může mít maximální ohybovou tuhost uvnitř středové oblasti, (tj. ve střední třetině rezonannčího členu vymezené jak ve směru napříč akustickým členem tak i ve směru podél akustického členu) s tím, že se ohybová tuhost snižuje ve směru k okrajům akustického členu. Tento akustický člen může být vytvořen vstřikováním s vtokem v tlustší středové oblastí akustického členu.The acoustic member may have maximum bending stiffness within the central region (i.e., in the middle third of the resonant member defined in both the transverse direction and along the acoustic member), with the bending stiffness decreasing towards the edges of the acoustic member. This acoustic member may be formed by injection with an inlet in the thicker central region of the acoustic member.
Vynález může poskytmou výhody velkých tuhých akustických členů ve tvaru panelu a zároveň potlačit jejich nevýhody, zejména účinky koincidenční frekvence uvnitř zvukového rozmezí.The invention can provide the advantages of large rigid panel-shaped acoustic members while avoiding their disadvantages, in particular the effects of coincidence frequency within the audio range.
Avšak použití vynálezu není omezeno jen na velké tuhé panely. Dobrých výsledků lze rovněž dosáhnout při použití vynálezu v malých akustických členech.However, the use of the invention is not limited to large rigid panels. Good results can also be achieved by using the invention in small acoustic members.
« · • · · 4 » » « < ·· ·· • · ♦ <· 4 4 »4.....
• · · *··« *· ·*• · · ·
K tomu, aby bylo možné dosáhnout účinku na koincidenci, ohybová tuhost se musí měnit v oblasti akustického členu, jejíž.délka je srovnatelná s vlnovou délkou zvuku v žádoucím frekvenčním rozmezí nebo je výšší než tato vlnová délka. Pro. frekvenci 10 kHz tato délka může být typicky od 3 až 4 cm. Vzhledem k tomu, pro omezení účinků koincidence nejsou vhodné velmi malé oblasti s přírůstkem ohybovou tuhostí. Je tudíž vhodné, aby ke změně ohybové tuhosti došlo v oblasti, jehož délka je alespoň 1,5- násobkem, výhodně dvojnásobkem vlnové délky při koincidenci. Pro omezení účinkú koincidence může být prospěšná změna ohybové tuhosti podél plochy alespoň 5 % plochy akustického členu, výhodně 10 %.In order to obtain an effect on the coincidence, the bending stiffness must vary in the region of the acoustic element whose length is comparable to or higher than the wavelength of sound in the desired frequency range. For. frequency 10 kHz this length can typically be from 3 to 4 cm. Since very small areas with an increase in flexural stiffness are not suitable for limiting the effects of coincidence. Accordingly, it is desirable that the variation in flexural stiffness occurs in an area whose length is at least 1.5 times, preferably twice the wavelength at coincidence. A variation in flexural stiffness along the area of at least 5% of the area of the acoustic member, preferably 10%, may be beneficial to reduce the effects of coincidence.
V souladu s výše uvedenou podmínkou, změna ohybové tuhosti může být koncentrována v místě budiče. Tak např., gradient ohybové tuhosti může být vysoký blízko k místu uložení budiče a může být pozvolna snižován podél linií vybíhajících ven z místa uložení budiče. V některých provedeních tento průběh ohybové tuhosti způsobuje prospěšné omezení účinků koincidence. Gradient ohybové tuhosti může být omezen na nulovou hodnotu při okraji budičové oblasti nebo 2měna ohybové tuhosti může probíhat až k okraji akustického členu.In accordance with the above condition, the change in flexural stiffness may be concentrated at the exciter location. For example, the bending stiffness gradient may be high close to the exciter location and may be gradually reduced along lines extending out of the excitation location. In some embodiments, this bending stiffness pattern causes a beneficial reduction in the effects of coincidence. The bending stiffness gradient may be limited to zero at the edge of the exciter region, or the 2 bending stiffness change may extend to the edge of the acoustic member.
Ohybová tuhost může být konstantní v oblasti akustického členu vzdálené od budiče s tím, že všechny změny ohybové tuhosti jsou koncentrovány do budičové oblasti.The bending stiffness may be constant in the region of the acoustic member remote from the exciter, with all bending stiffness changes being concentrated to the exciter region.
Ohybová tuhost se rovněž může měnit v pásu kolem okraje akustického členu. Ohybová tuhost může mít maximum při okraji akustického členu a může se snižovat směrem dovnitř akustického členu do jisté vzdálenosti od okraje akustického členu nebo ohybová tuhost může mít minimum při okraji akustického členu a může se zvyšovat směrem dovnitř akustického členu do jisté vzdálenosti od okraje akustického členu. V tomto případě akustický člen může být při okraji sevřen rámem, přičemž změna ohybové tuhosti při okraji může potom vytvořit žádoucí shodu nebo neshodu mechanické impedance akustického členu a mechanické impedance svěrací části uvedeného rámu pro další regulaci akustického výstupu.The flexural stiffness may also vary in the strip around the edge of the acoustic member. The flexural stiffness may have a maximum at the edge of the acoustic member and may decrease inwardly of the acoustic member to a certain distance from the edge of the acoustic member, or the flexural stiffness may have a minimum at the edge of the acoustic member and increase. In this case, the acoustic member may be clamped at the edge by the frame, whereby the variation of the bending stiffness at the edge may then create the desired match or mismatch of the mechanical impedance of the acoustic member and the mechanical impedance of the clamping portion of said frame to further control the acoustic output.
Ohybová tuhost se může měnit zejména v okrajovém pásu, jehož šířka není větší, než je 10 % délky akustického členu.In particular, the flexural stiffness may vary in an edge strip whose width is not more than 10% of the length of the acoustic member.
Redukce ohybové tuhosti v blízkosti okraje akustického členu omezuje mechanickou impedanci akustického členu v jeho okrajové oblasti. Když je tato redukovaná mechanická impedance nižší, než je mechanická impedance svěrací části rámu, potom se malé množství energie převede z akustického členu na rám.Reducing the bending stiffness near the edge of the acoustic member limits the mechanical impedance of the acoustic member in its peripheral region. When this reduced mechanical impedance is lower than the mechanical impedance of the clamping portion of the frame, a small amount of energy is transferred from the acoustic member to the frame.
Zvýšeni ohybové tuhosti v okrajové oblasti akustického členu způsobí zvýšení mechanické impedance akustického členu v této oblasti. Když akustický člen je nesen na pružné nosiči, potom zvýšení mechanické impedance v okrajové oblasti akustického členu může způsobit zhoršení shody mechanických impedancí a tím minimalizovat nežádoucí energii převedenou na rám. Naopak, když akustický člen je spojen s ráme s tuhou svěrací částí, potom uvedené zvýšení mechanické impedance v okrajové oblasti akustického členu může poskytnout vyrovnanější převod energie z akustického členu k sevřenému okraji, čímž napomáhá k dosažení mechanické robustnosti konečné konstrukce akustického zařízení.Increasing the flexural stiffness in the edge region of the acoustic member will increase the mechanical impedance of the acoustic member in this region. When the acoustic member is supported on a resilient support, then increasing the mechanical impedance in the peripheral region of the acoustic member may cause deterioration of the mechanical impedance conformity and thereby minimize the unwanted energy transferred to the frame. Conversely, when the acoustic member is coupled to the frame with the rigid clamping portion, said increase in mechanical impedance in the edge region of the acoustic member may provide a more balanced transfer of energy from the acoustic member to the clamped edge, thereby helping to achieve mechanical robustness of the final acoustic device design.
Kromě toho v obou výše uvedených případech strmá změna ohybové tuhosti v blízkosti okraje akustického členu může odrážet akustickou vibrační energii zpátky do vnitřku akustického Členu,, takže jen malá část z této energie dosáhne rámu.Furthermore, in both of the above cases, a steep change in bending stiffness near the edge of the acoustic member may reflect the acoustic vibration energy back into the interior of the acoustic member, so that only a small portion of this energy reaches the frame.
• · * • · · *««· *· • · · » « « «* ···· • · » · • · · • Φ ···· * * * · · · · · ·
Ohybová tuhost se může silně měnit v okrajové oblasti akustického členu, zatímco ve vnitřní oblasti akustického členu zůstává ohybová tuhost relativně konstantní. V alternativním provedení se ohybová tuhost může měnit jak vokrajové oblasti tak i ve vnitřní oblasti akustického členu. Ohybová tuhost se rovněž může měnit jak v oblasti umístění budiče tak i v okrajové oblasti akustického členu s tím, že v oblasti mezi budičovou oblastí a okrajovou oblastí dochází k malé změně ohybové tuhosti nebo nedochází k žádné změně ohybové tuhosti.The flexural stiffness may vary greatly in the edge region of the acoustic member, while in the inner region of the acoustic member the flexural stiffness remains relatively constant. In an alternative embodiment, the flexural stiffness may vary both at the edge region and within the inner region of the acoustic member. The flexural stiffness may also vary in both the exciter location and the edge region of the acoustic member, with little change in flexural stiffness or no change in flexural stiffness in the region between the exciter region and the edge region.
V dalším provedení se ohybová tuhost může měnit ve zvlněné konfiguraci akustického členu nebo stupňovité konfiguraci akustického členu,In another embodiment, the bending stiffness may vary in the undulating configuration of the acoustic member or the stepped configuration of the acoustic member,
Koincidenční frekvence f_, při které rychlost šíření zvuku ve vzduchu se schoduje s rychlostí Šíření ohybových vln v akustickém členu se mění podle následujícího vzorce πThe coincidence frequency f_ at which the velocity of the sound propagation in the air decreases with the speed The propagation of the bending waves in the acoustic element is changed according to the following formula π
kde c je rychlost zvuku ve vzduchu, μ je plošná hustota akustického členu a B je ohybová tuhost.where c is the speed of sound in the air, μ is the areal density of the acoustic element and B is the bending stiffness.
Namísto změny ohybové tuhosti může být za účelem změny koincidenční frekvence regulován rovněž i jiný parametr, který ovlivňuje rychlost šíření ohybových vln uvnitř akustického členu. To znamená, že je možné měnit Youngův modul pružnosti pláště akustického členu nebo plošnou hustotu pláště nebo jádra akustického členu.Instead of changing the bending stiffness, another parameter that affects the rate of bending wave propagation within the acoustic member can also be controlled to change the coincidence frequency. That is, it is possible to vary the Young's modulus of skin of the acoustic member or the surface density of the skin or core of the acoustic member.
Dalším předmětem vynálezu je způsob výroby akustického členu schopného ohybového vlnění, jehož podstata spočívá v • * ·« ···· ··» tom, že se rychlost šíření ohybového vlnění specificky mění v oblasti koincidence tak, že se vytvoří rozmezí koincídenčních frekvencích.Another object of the present invention is to provide a method for producing a bending wave acoustic member, which is characterized in that the bending wave propagation rate is specifically varied in the coincidence region to form a range of coincidence frequencies.
Způsob dále může zahrnovat stupeň spočívající ve zvolení materiálu a velikosti akustického členu, stupeň spočívající ve zvolení počátečního profilu akustického členu a stupeň spočívající v opakované změně profilu akustického členu nebo tuhosti v tahu pláště akustického členu podél plochy akustického členu k zlepšení frekvenční a úhlové odezvy akustického členu změnou rychlosti šíření ohybového vlnění v akustickém členu při frekvenci kolem koincidenční frekvence pro dosažení rozmezí koincídenčních frekvencí. Ve stupni, spočívajícím v opakované změně profilu akustického členu, může být rovněž optimalizována distribuce rezonančních vidů v akustickém členu při dané frekvenci.The method may further include a step of selecting the material and size of the acoustic member, a step of selecting the initial profile of the acoustic member, and a step of repeating the acoustic member profile or stiffness of the acoustic member skin along the acoustic member surface to improve the frequency and angular response of the acoustic member. by varying the bending wave propagation rate in the acoustic member at a frequency around the coincidence frequency to achieve a coincidence frequency range. In the step of repeatedly changing the profile of the acoustic member, the distribution of resonant modes in the acoustic member at a given frequency can also be optimized.
Dalším předmětem vynálezu je způsob výroby reproduktoru zahrnující stupeň spočívající ve volbě materiálu akustického členu, velikosti akustického členu a typu budiče, stupeň spočívající ve volbě počátečního místa uspořádání budiče na akustickém členu, stupeň spočívající ve volbě počátečního profilu akustického členu, stupeň spočívající v opakované změně místa uspořádaní budiče a profilu akustického členu za účelem volby takového místa uspořádání budiče a takového profilu akustického členu, které optimalizují frekvenční a úhlové odezvy akustického členu k redukci účinků koincidence ve srovnání s plochým akustickým členem, stupeň spočívající ve vytvoření akustického členu s profilem zvoleným ve stupni, spočívajícím v opakované změně profilu akustického členu, a stupeň spočívající v připevnění budiče k akustickému členu v místě zvoleném ve stupni, spočívajícím v opakované změně místa uspořádání budiče.A further object of the invention is a method of manufacturing a loudspeaker comprising a step of selecting the acoustic member material, acoustic member size and exciter type, a step of selecting the exciter start location on the acoustic member, a step of selecting the acoustic member initial profile, repetitive repositioning arranging the exciter and acoustic member profile to select such an exciter location and acoustic member profile that optimize the frequency and angular responses of the acoustic member to reduce the effects of coincidence compared to the flat acoustic member, the step of forming the acoustic member with the profile selected in the stage, consisting in repeating the profile of the acoustic member, and the step of affixing the exciter to the acoustic member at a location selected in the step of in repeatedly repositioning the exciter arrangement.
• · « · « • ΦΦΦ *» * · φ φ · • Φ ···* *· ··• «ΦΦΦ Φ · · · ·
Velikost akustického členu, profil akustického členu a místo uspořádání budiče se mohou zvolit tak, aby se vytvořil reproduktor s distribuovanými vidy, ve kterém nízkofrekvenční vidy jsou distribuovány při nízké frekvenci, zatímco při. vyšších frekvencích jsou minimalizovány aperturní efekty.The size of the acoustic member, the profile of the acoustic member, and the location of the exciter arrangement can be selected to form a distributed mode loudspeaker in which the low frequency modes are distributed at low frequency while at. at higher frequencies, aperture effects are minimized.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Za účelem lepšího pochopení vynálezu je v následující části této přihlášky vynálezu uveden popis příkladů provedení vynálezu, ve kterém jsou činěny odkazy na přiložené výkresy na kzerých, obr. 1 zobrazuje reproduktor podle vynálezu, obr. 2 zobrazuje profily akustického členu pro použití v reproduktorech podle vynálezu, obr. 3 až 6 zobrazují grafy závislosti rychlosti šíření zvuku resp. zvukového výstupu na frekvenci v reproduktorech s konstantní tloušťkou, které jsou předloženy pro účely porovnání, obr. 7 zobrazuje parametry reproduktoru podle prvního provedení vynálezu, obr. 8 až 10 zobrazují výsledky dosažené použitím reproduktoru zobrazeného na obr. 7,, obr. 11 zobrazuje parametry druhého provedení vynálezu, obr. 12 až 14 jsou výsledky dosazené použitím reproduktoru zobrazeného na obr. 11, obr. 15 zobrazuje třetí provedení vynálezu, obr. 16 zobrazuje změnu koincidenční frekvence v • · · ♦ · · • · · · *·«· *♦ • » · ·» ·· akustickém členu zobrazeného na obr. 15, obr. 17 a 18 zobrazují výsledky dosažené použitím reproduktoru zobrazeného na obr. 15, obr. 19 až 21 zobrazují účinky aperturní rezonance v akustickém členu zobrazeným na obr. 9, obr. 22 a 23 zobrazují alternativní způsoby dosažení změny ohybové tuhosti, a obr. 24 zobrazuje alternativní profily akustického členu.In order that the invention may be more fully understood, reference is now made to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a loudspeaker according to the invention; Figure 2 shows profiles of an acoustic member for use in loudspeakers according to the invention; 3 to 6 show graphs of the speed of the sound propagation and the speed of the sound. Fig. 7 shows the parameters of a loudspeaker according to a first embodiment of the invention; Figs. 8 to 10 show the results obtained using the loudspeaker shown in Fig. 7; Fig. 11 shows the parameters of a loudspeaker with a constant thickness; 12 to 14 are the results obtained using the loudspeaker shown in FIG. 11, FIG. 15 shows a third embodiment of the invention, FIG. 16 shows a change in the coincidence frequency in FIG. 15, FIGS. 17 and 18 show the results obtained using the loudspeaker shown in FIG. 15, FIGS. 19-21 show the effects of aperture resonance in the acoustic member shown in FIG. 9. 22 and 23 illustrate alternative ways to achieve a bending stiffness change, and FIG. 24 illustrates alternative acoustic member profiles.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Obr. 1 zobrazuje reproduktor zahrnující akustický člen (1) ve tvaru panelu a budič {3} připevněný k tomuto akustickému členu (1) . Budič (3) budí v akustickém členu (3) chybové vlnění tak, že akustický člen rezonuje a tím emituje zvuk. Budič (3) je elektrickými vodiči (5) spojen se zesilovačem. Akustický člen (1) v tomto příkladu provedení vynálezu je tvořen jádrem (7) a dvěma plášti (9) . V alternativním provedení vynálezu akustický člen může být monolitický.Giant. 1 shows a loudspeaker comprising a panel-shaped acoustic member (1) and an exciter (3) attached to the acoustic member (1). The exciter (3) excites the error wave in the acoustic member (3) so that the acoustic member resonates and thus emits sound. The exciter (3) is connected to an amplifier by electrical conductors (5). The acoustic member (1) in this embodiment of the invention consists of a core (7) and two shells (9). In an alternative embodiment of the invention, the acoustic member may be monolithic.
Akustický člen použitý v reproduktoru může být tvořen akustickým Členem s distribuovanými vidy, popsaným v mezinárodní patentové přihlášce WO 97/09842, nebo libovolným akustickým členem , ve kterém se užitečná frekvence dosahuje distribucí rezonančních vidů rovnoměrnou ve frekvenčním rozmezí, přičemž je výhodné, když vidy jsou distribuovány v akustickém členu.The acoustic member used in the loudspeaker may be a distributed mode acoustic member as described in International Patent Application WO 97/09842, or any acoustic member in which the useful frequency is achieved by distributing resonant modes even in the frequency range, with the modes being preferred. distributed in the acoustic element.
Aby buzeným vlněním byla dosažena dobrá distribuce vidů, • · *»· • * » · · • · · · «» ·♦ ·· je nutné zvolit vhodný akustický člen a vhodné místo uspořádání budiče na tomto akustickém členu. V mezinárodní patentové přihlášce WO97/09842 jsou popsány specifické tvary akustického členu, jako např. obdélníkový tvar s poměrem, stran 1:0,832 nebo 1:0,707 pro izotropní akustický člen. Volba uvedených poměrů závisí na tloušťce rezonančnícho členu.In order to obtain a good distribution of the excited waves, it is necessary to select a suitable acoustic element and a suitable exciter location on the acoustic element. International patent application WO97 / 09842 describes specific shapes of an acoustic member, such as a rectangular shape with an aspect ratio of 1: 0.832 or 1: 0.707 for an isotropic acoustic member. The choice of these ratios depends on the thickness of the resonant elements.
Rovněž je důležité místo umístění budiče. Místo uspořádání budiče by mělo být sdruženo s distribuovanými rezonančními vidy. Mezi dobrá místa uspořádání budiče patři místa v blízkosti středu akustického členu, avšak ne ve středu akustického členu. V případě izotropního pravoúhlého akustického členu je tímto dobrým místem místo na souřadnicích (vztažených ' k délkám stran rezonančího členu): 3/7, . 4/9 nebo místo blízké ke středu akustického členu na souřadnicích: 1/2, 1/2. Je však samozřejmé, že v případe akustických členů s proměnou ohybovou tuhostí, které jsou předmětem vynálezu, se souřadnice výhodného místa uspořádání budiče liší od výše uvedených souřadnic, nicméně tyto souřadnice jsou stále vhodné jako souřadnice výchozího místa umístění budiče pro následné nalezení optimálního místa uspořádání budiče experimentální metodou. K nalezení efektivního místa umístění budiče může napomáhat laserová nebo počítačová analýza.It is also important to place the exciter. The exciter location should be associated with distributed resonant modes. Good locations for the exciter arrangement include locations near the center of the acoustic member, but not at the center of the acoustic member. In the case of an isotropic rectangular acoustic element, this good place is the location at the coordinates (related to the lengths of the sides of the resonant element):. 4/9 or a place close to the center of the acoustic element at the coordinates: 1/2, 1/2. It is understood, however, that in the case of acoustic members with variable bending stiffness of the present invention, the coordinates of the preferred exciter location are different from the above coordinates, but these coordinates are still useful as coordinates of the exciter location starting location to subsequently find the optimum excitation location. experimental method. Laser or computer analysis can help to locate the effective location of the exciter.
Mezi nákladově výhodné způsoby výroby akustického členu patří injekční vstřikování. Tento způsob je výhodný nejen kvůli tomu, Se tímto způsobem lze dosáhnout nízké výrobní náklady na produkovanou jednotku a produkty se stejnou kvalitou, ale rovněž z důvodu toho, že tímto způsobem lze snadno realizovat spojení akustického členu jak s budiči tak i . nosným rámem, přičemž připevňovací struktury mohou být vyrobeny rovněž vstřikováním a mohou tvořit celistvé části • ·· » ····*· ** • · · » · · · · *· «· ·· ···· ·· akustického členu, čímž se vyloučí připevňovací komponenty nutné k sestavení reproduktoru a náklady spojené s jejich montáží. Injekční vstřikování je zejména výhodné u akustických členů, které jsou tlustší ve středu a zužují se směrem k okraji, což je případ akustického členu zobrazeného na obr. 1.Cost-effective methods of manufacturing the acoustic member include injection molding. This method is advantageous not only because of the low production cost of the unit and the products of the same quality, but also because the connection of the acoustic element to the drivers as well as to it can be easily realized. A support frame, wherein the fastening structures may also be injection molded and may form integral parts of the acoustic member. thereby eliminating the mounting components required to assemble the loudspeaker and the cost of mounting them. Injection molding is particularly advantageous for acoustic members that are thicker in the center and taper toward the edge, as is the case for the acoustic member shown in Figure 1.
Jedním z parametrů, který je považován za užitečným pro regulaci v reproduktoru s distribuovanými vidy, je koincidenční frekvence, což zejména platí v případě, že koncidenční frekvence leží ve frekvenčním spektru reproduktoru. Důvodem tohoto tvrzení je skutečnost, že nad koincidenční frekvencí akustický člen pracuje v radiačním režimu odlišném od radiačního režimu, ve kterém akustický člen pracuje pod koincidenční frekvencí. Koincidenčí frekvence f. u některých prakticky používaných akustických členů obvykle leží někde uvnitř slyšitelného frekvenčního rozmezí a může mít slyšitelné nepříznivé účinky. Při koincidenční frekvenci je zvuková radiace silně emitována v širokém úhlu, přičemž se zvyšující se frekvencí se tento úhel omezuje směrem k normále. Změna radiačního úhlu, ke které dochází pří přechodu z frekvenční oblastí pod koincidenčí frekvencí do oblasti nad koincidenční frekvencí způsobuje prostorový energetický posun, který může být nežádoucí. Kromě toho aperturní účinky omezují vysokofrekvenční výkon méně tuhých akustických členů. Reproduktory s distribuovaný vidy zahrnující rezonanční členy sevřené v rámu umožňují použít méně tuhé rezonanční členy s tím, že jejich hustota hmoty může být obvykle nežádoucí, poněvadž způsobuje ztráty účinnosti.One parameter that is considered useful for regulation in a distributed mode loudspeaker is the coincidence frequency, especially if the concen- tration frequency lies within the loudspeaker spectrum. The reason for this claim is that above the coincidence frequency, the acoustic element operates in a radiation mode different from the radiation mode in which the acoustic element operates below the coincidence frequency. Coincidence frequencies f. For some practically used acoustic elements, they usually lie somewhere within the audible frequency range and may have audible adverse effects. At the coincidence frequency, the sound radiation is strongly emitted at a wide angle, and as the frequency increases, the angle is reduced towards the normal. Changing the radiation angle that occurs when moving from a frequency region below the coincidence frequency to a region above the coincidence frequency causes a spatial energy shift, which may be undesirable. In addition, the aperture effects limit the RF power of less rigid acoustic members. Distributed mode loudspeakers incorporating resonant members enclosed in a frame allow the use of less rigid resonant members, with their mass density usually being undesirable as it causes efficiency losses.
Vzhledem k výše uvedenému se považuje za výhodné regulovat negativní účinky koincidenční frekvence redukcí energetického obsahu při jedné jediné frekvenci rozložením v • · · · • · · ···» ·· ·** rozmezí frekvencí změnou ohybové tuhosti v akustickém členu. To přináší namísto náhlého přechodu k radiační konfiguraci s vysokým energetickým obsahem hladký přechod v širokém rozmezí koincidence.In view of the above, it is considered advantageous to control the negative effects of the coincidence frequency by reducing the energy content at a single frequency by distributing it over the frequency range by varying the bending stiffness of the acoustic member. This provides a smooth transition over a wide range of coincidence instead of a sudden transition to a high energy content radiation configuration.
V důsledku změny ohybové tuhosti v akustickém členu se vlnová délka ohybových vln ve frekvenčním rozmezí kolem koincidence mění v akustickém členu. Tak např., v případě, že se tloušťka akustického členu snižuje od středu akustického členu k jeho okrajům, vlnová rychlost se zvyšuje směrem k okrajům akustického členu. Naproti tomu, se vlnová rychlost může směrem k okraji snižovat, když se tlouštka akustického členu snižuje od okrajů ke středu. To mění charakteristický vektor sdružený s ohybovými vlnami v podél povrchové plochy akustického členu.Due to the change in bending stiffness in the acoustic member, the wavelength of the bending waves in the frequency range around the coincidence varies in the acoustic member. For example, if the thickness of the acoustic member decreases from the center of the acoustic member to its edges, the wavelength increases towards the edges of the acoustic member. In contrast, the wavelength may decrease towards the edge when the thickness of the acoustic member decreases from edge to center. This alters the characteristic vector associated with the bending waves along the surface of the acoustic member.
Gradient ohybové tuhosti v akustickém členu může být regulován různými způsoby. Mezi vhodné způsoby patří následující způsoby:The bending stiffness gradient in the acoustic member can be controlled in various ways. Suitable methods include:
1. Provedení změny tloušťky akustického členu pěnícím procesem během injekčního vstřikování. Obr. 2 zobrazuje variace profilu akustického členu s proměnou tloušťkou. Je pravděpodobné, že přírůstek tloušťky sebou přináší jistý přírůstek hmoty. Přírůstek hmoty je nižší ve srovnání s přírůstkem tuhosti, poněvadž se tuhost mění silněji s tloušťkou (přibližně se čtvercem tloušťky v sendičové struktuře), než se mění hmota, která se zvyšuje nepatrně (hustota hmoty pěnového materiálu může být velmi nízká).1. Performing a thickness change of the acoustic member by the foaming process during injection molding. Giant. 2 shows variations in the profile of a variable thickness acoustic member. It is likely that the increase in thickness results in a certain increase in mass. The increment of the mass is lower compared to the increment of the stiffness, since the stiffness varies more strongly with thickness (approximately with a square of thickness in the sandwich structure) than the mass that increases slightly (the density of the foam material may be very low).
2. V případě, Že se použije monolitické tváření, se může použít gradient tuhosti a gradient povrchové hustoty (viz. obr. 2) . V tomto případě zvýšení tloušťky akustického členu na dvojnásobek vyvolá 8-násobné zvýšení tuhosti, zatímco hustota hmoty podél povrchu se pouze zdvojnásobí. Tudíž tento • *» • · ♦ · · způsob je realizovatelný u monolitických struktur.2. When monolithic forming is used, a stiffness gradient and a surface density gradient can be used (see Figure 2). In this case, doubling the thickness of the acoustic member causes an 8-fold increase in stiffness, while the density of the mass along the surface only doubles. Thus, this method is feasible with monolithic structures.
3. Gradient tuhosti může být dosažen lisováním pěnového materiálu akustického členu, jakým je např. akustický člen typu Rohacell nebo sendvičový akustický člen s plášti pokrývajícími pěnové jádro. V tomto případě je hustota hmoty zachována na povrchu akustického členu.3. The stiffness gradient may be achieved by molding the foam material of the acoustic member, such as a Rohacell acoustic member or a sandwich acoustic member with shells covering the foam core. In this case, the density of the mass is maintained on the surface of the acoustic member.
4. Gradient tuhosti může být dosažen použitím tzv. chytrých polymerů, které mají gradient modulu podél jejich velikosti nebo oblasti. Polymery s lokální změnou tuhosti jsou dostupné ve formě fólií v případě použití v laminátových kompozitech nebo mohou být použity v injekčním vstřikování a v ostatních výrobních postupech. V tomto způsobu dosažení žádoucího gradientu tuhosti zůstává tloušťka akustického členu konstantní a není ovlivněna hustota hmoty.4. Stiffness gradient can be achieved by using so-called smart polymers having a modulus gradient along their size or region. Local stiffness change polymers are available as films when used in laminate composites or may be used in injection molding and other manufacturing processes. In this method of achieving the desired stiffness gradient, the thickness of the acoustic member remains constant and the density of the mass is not affected.
5. Gradient tuhosti může být dosažen tvarování, zakřivením nebo zvlněním rezonančího členu. Tyto techniky produkují nepatrné gradienty, tuhosti, pokud nejsou použity velmi malé poloměry zakřivení. Tento způsob může být praktický v těch případech, kde žádoucí tvar akustického členu může být kombinován s estetickou vnější upravou akustického členu (víz obr. 22 a 23).5. The stiffness gradient can be achieved by shaping, curving, or undulating the resonant member. These techniques produce slight gradients, stiffnesses unless very small radii of curvature are used. This method can be practical in those cases where the desired shape of the acoustic member can be combined with the aesthetic exterior of the acoustic member (see Figures 22 and 23).
6. Požadovaný profil akustického členu může být dosažen frézováním nebo pískováním. K oběma stranám vyfrázovaného nebo pískovaného jádra mohou být připevněny pláště.6. The desired profile of the acoustic element can be achieved by milling or sanding. Sheaths may be attached to both sides of the framed or sandblasted core.
Injekční vstřikování představuje velmi vhodný způsob výroby rezonanční členu zejména kvůli tomu, že při tomto způsobu je možné dosáhnout hromadnou produkci akustických členů, stále stejnou kvalitu produkovaných akustických členů a nízké výrobní náklady. Zatímco monolitické zářiče mohou být tvářeny jednoduchými způsoby, nemusí tyto zářiče být vhodné v ··» některých aplikacích.Injection molding is a very suitable method of manufacturing a resonant element, in particular because it is possible to achieve mass production of acoustic elements, still the same quality of produced acoustic elements and low production costs. While monolithic emitters can be formed in simple ways, these emitters may not be suitable in some applications.
Uvedené procesy řeší problémy tváření způsobem bez dodatečných nákladů, poněvadž množství dodatečného materiálu spotřebovaného při pěnění je srovnatelně nízké. Dvojnásobnou' změnou tuhosti se dosáhne přibližně 40 % rozložení koincidenční frekvence (např. do .frekvenčního rozmezí od 10· kHz do 14 kHz) , což může být užitečné a dostatečné pro rozložení koincidenční frekvence/energie v mnoha aplikacích.Said processes solve the molding problems in a manner without additional cost, since the amount of additional material consumed in foaming is comparatively low. By doubling the stiffness, approximately 40% of the coincidence frequency distribution (e.g., within the frequency range from 10 kHz to 14 kHz) is achieved, which may be useful and sufficient to distribute the coincidence frequency / energy in many applications.
Některé možné akustické členy s proměnou tuhostí jsou zobrazeny na obr. 2. Výhodný způsob tváření je. takový způsob, kterým se dosáhne změna tloušťky akustického členu s kladným nebo záporným gradientem ve směru k okrajů akustického členu. Regulací pěnícího prostředku v jádře akustického členu se může v akustickém členu vytvořit velký gradient tuhosti. V monolitickém akustickém členu se tuhost mění s třetí mocninou tloušťky akustického členu, zatímco v sendvičovém akustickém členu se tuhost mění přibližně s druhou mocninou tloušťky.Some possible stiffness-varying acoustic members are shown in FIG. 2. A preferred forming method is. such a method by which a thickness change of the acoustic element with a positive or negative gradient towards the edges of the acoustic element is achieved. By regulating the foaming agent in the core of the acoustic member, a large stiffness gradient can be created in the acoustic member. In a monolithic acoustic member, the stiffness varies with a square of the thickness of the acoustic member, while in a sandwich acoustic member the stiffness changes with approximately the square of the thickness.
V případech, kde gradient tuhosti je ve směru k okrajů akustického členu záporný, mohou být uvedeny následující výhody. První výhoda spočívá v tom, že se v důsledku vyšší tuhosti kolem středu akustického členu apeturní efekt, vyvolaný konečnou velikostí budící cívky, může omezit. Druhá výhoda spočívá v tom, že akustický člen s uvedeným gradientem tuhosti se blíží k volně zavěšenému akustickému členu, což může být užitečné v některých aplikacích, a má výhodně hladký přechod k nosiči nebo rámu. Třetí výhoda spočívá v tom, že takový akustický člen je možné vyrobit injekčním vstřikováním s vtokem ve středu akustického členu. Tím se produkuje pěnové jádro s nízkou hmotností.In cases where the stiffness gradient is negative towards the edges of the acoustic member, the following advantages may be presented. A first advantage is that due to the higher rigidity around the center of the acoustic member, the apeture effect induced by the final excitation coil size can be reduced. A second advantage is that the acoustic member with said stiffness gradient approaches a free-hanging acoustic member, which may be useful in some applications, and preferably has a smooth transition to the carrier or frame. A third advantage is that such an acoustic member can be made by injection molding with an inlet in the center of the acoustic member. This produces a low weight foam core.
Naopak, když gradient tuhosti ve směru k okrajům akustického členu je kladný, zvýšenou tuhostí při okrajích • · * · · • · · · »··4 ·· • · • · ·♦*· • « ·· ··« akustického členu je možené vytvořit hladký přechod k sevřenému okraji akustického členu. Tím je možné dosáhnout dodatečnou mechanickou robustnost konečné konstrukce.Conversely, when the stiffness gradient towards the edges of the acoustic member is positive, the increased stiffness at the edges of the acoustic member is 4. it is possible to provide a smooth transition to the gripped edge of the acoustic member. This makes it possible to achieve the additional mechanical robustness of the final construction.
Buzení akustického členu muže být dosaženo libovolným žádoucím způsobem, např. způsobem popsaným v předcházejících patentových přihláškách, jejichž přihlašovatelem je přihlašovatel této přihlášky vynálezu. Tudíž je nutné připomenout pouze žádoucí účinky tohoto buzená. Mezi tyto účinky patří rovnoměrné buzení rezonančních. vidů, dosažení dobrého stupně vyhlazení mechanické impedance a/nebo produkování akustického vyzářeného výkonu uvnitř žádoucí šířky pásma. Optimální místo (místa) uspořádání budiče se múze dosáhnout analýzou, např. metodou typu FE nebo empirickou metodou.The excitation of the acoustic member may be achieved in any desired manner, for example as described in the foregoing patent applications, the applicant of which is the present invention. Therefore, it is necessary to recall only the desirable effects of this excited. These effects include uniform resonant excitation. modes, achieving a good degree of smoothing of mechanical impedance and / or producing acoustic radiated power within the desired bandwidth. The optimum location (s) of the exciter arrangement can be achieved by analysis, eg, by the FE-type method or the empirical method.
Pro chování akustického členu jsou dobře příznačné ohybové vlny při nízkých frekvencích tam, kde panel má konstantní ohybovou tuhost a měrnou hmotnost. Avšak při vysokých frekvencích nežádoucí efekt, jakým je např. koincídence a aperturní rezonance, může způsobit odchýlení od předpokládaných výsledků založených na vypočtených statických hodnotách, poněvadž při těchto vysokých frekvencích je akustický člen silně namáhán ve střihu, což se projevuje poklesem ohybové tuhosti. Přesné chování akustického členu při vysokých frekvencích se může stanovit pouze na základě kompletní znalosti střihových vlastností materiálu akustického členu, které nejsou vždy dostupné. Tudíž výsledky získané ze základních rovnic, sestavených pro konstantní ohybovou tuhost, nemohou odrážet skutečné chování materiálu akustického členu kolem koincídence. Pro určení akustických vlastností akustického členu podle vynálezu mohou být žádoucí vibrační analýzy a experimenty.The bending waves at low frequencies are well characterized for the acoustic member behavior where the panel has constant bending stiffness and specific gravity. However, at high frequencies, an undesirable effect, such as coincidence and aperture resonance, may cause deviation from predicted results based on calculated static values, since at these high frequencies the acoustic member is severely sheared, resulting in a decrease in bending stiffness. The exact behavior of the acoustic element at high frequencies can only be determined based on complete knowledge of the shear properties of the acoustic element material, which are not always available. Thus, the results obtained from the basic equations constructed for constant bending stiffness cannot reflect the actual behavior of the acoustic member material around the coincidence. Vibration analyzes and experiments may be desirable to determine the acoustic properties of an acoustic member of the invention.
« ···· * « · • · ·· ···«···· *« · · · ···
Akustický výkon se vypočte integrací hladiny zvukového tlaku ve všech úhlech. Charakteristika, která je hladkou funkcí frekvence, je obvykle faktorem zvukové kvality. Nepravidelnosti výkonového výstupu akustických členu při koincidenci mohou být frekvenčně rozloženy zúžením tloušťky akustického členu. Zvýšení tuhosti ve směru od budícího bodu ven by mělo rozložit koincidenci na rozmezí nižších frekvencí a .naopak snížení tuhosti by mělo rozložit koincidenci na rozmezí vyšších frekvencí.The sound power is calculated by integrating the sound pressure level at all angles. A characteristic that is a smooth function of frequency is usually a sound quality factor. The irregularities in the power output of the acoustic members at the coincidence may be frequency spaced by narrowing the thickness of the acoustic member. Increasing the stiffness in the direction away from the drive point should spread the coincidence over the lower frequency range and, in contrast, reducing the stiffness should spread the coincidence over the higher frequency range.
V případě velkého lehkého akustického členu zvýšená radiační vazební pevnost nad koincidenci znamená, že více energie zavedené do akustického členu se vyzáří v blízkosti umístění budiče. V oblastech vzdálených od místa uspořádání budiče se rychlost šíření ohybového vlnění progesívně snižuje a je vyzářeno jen malé množství energie. V důsledku toho by změna tloušťky akustického členu měla být koncentrována do míst v blízkosti budiče nebo se tato změna vyskytne v části akustického členu, který silně nezáří, a bude mít malý efekt. To má další výhodu, která spočívá v tom, že změna tloušťky akustického členu způsobí nižší změnu výkonu při nízkých frekvencích. Při nízkých frekvencích (pod koincidenci) je radiační účinost silně omezena a energie má formu rezonančních vidu frekvenčně distribuovaných na celém povrchu akustického členu.In the case of a large lightweight acoustic member, the increased radiation bond strength above the coincidence means that more energy introduced into the acoustic member is radiated near the exciter location. In areas remote from the exciter location, the bending wave propagation rate is progressively reduced and only a small amount of energy is emitted. As a result, the change in thickness of the acoustic member should be concentrated to locations near the exciter, or this change will occur in a portion of the acoustic member that does not radiate strongly and will have little effect. This has the additional advantage that changing the thickness of the acoustic member will cause a lower power change at low frequencies. At low frequencies (below coincidence) the radiation efficiency is severely limited and the energy is in the form of resonant modes distributed in frequency across the surface of the acoustic element.
V případě kovového akustického členu je radiační vazba nižší a zvuk je vyzářen ve vetší oblasti vůči akustickému členu. Změna tuhosti/vlnové rychlosti by měla být tudíž koncentrována ve větší oblasti.In the case of a metal acoustic member, the radiation coupling is lower and the sound is radiated in a larger area relative to the acoustic member. Therefore, the stiffness / wavelength change should be concentrated over a larger area.
Ze stejného důvodu oblast, ve které má být změna rozložena, rovněž závisí na strukturním materiálovém tlumení, když je vyšší než radiační tlumení.For the same reason, the area in which the change is to be distributed also depends on the structural material damping when it is higher than the radiation damping.
• ·» φ φ ♦ · · φ • φ · · φ · · · « *··· φ· ·· *··* «· «»φ· Φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ
Vzhledem k výše uvedenému je nutné uvést, že žádoucí profil k rozložení koincidenčního efektu závisí na hustotě •hmoty, ohybové tuhosti, střihových vlastnostech a tlumících vlastnostech.In view of the above, it should be noted that the desirable profile to distribute the coincidence effect depends on the density of the material, the bending stiffness, the shear properties and the damping properties.
Obecně je je možné uvést, že změna ohybové tuhosti akustického členu měla by rovněž rozšířit směrovost. V. případě akustického členu se snižující se tuhostí od místa umístění budiče se zvukové záření rozloží do širšího úhlu vzhledem k normále akustického členu. Naopak, v případě rezonančího členu se snižující se tuhostí, zvuková radiace se rozloží do menšího úhlu vzhledem k normále akustického členu.In general, changing the flexural stiffness of an acoustic member should also extend directionality. In the case of an acoustic member with decreasing stiffness from the exciter location, the acoustic radiation is distributed at a wider angle relative to the acoustic member normal. Conversely, in the case of a resonant element with decreasing stiffness, the sound radiation decomposes to a smaller angle relative to the normal of the acoustic element.
V obou případech se rozmezí úhlů zvýší.In both cases, the angle range increases.
Ve skutečnosti směrová charakteristika záření z panelu má mnohem silnější sklon k vyhlazení než akustický výkon, jak je to zřejmé z následujícího textu.In fact, the directional characterization of panel radiation has a much stronger tendency to smooth out than the sound power, as shown in the following.
Je učiněn předpoklad, že se z části akustického členu s rychlostí v,#. ,.a. záření soustřeďuje do svazku pří frekvenci nad koincidencí. Úhel svazku z osové polohy je určen následující rovnicí:It is assumed that the part of the acoustic element with velocity v, # . ,. a . radiation concentrates into the beam at a frequency above the coincidence. The beam angle from the axial position is determined by the following equation:
0=sin’: (c/v.,eZ i<1.n)0 = sin ' : (c / v., EZ i <1 n )
Při konkrétní frekvenci rozdílné části akustického členu s rozdílnou rychlostí šířeni ohybových vln vyzařují zvukovou energii v rozdílných směrech, což vede k diagramu zvukové energie v polárních souřadnicích, které je funkcí směru.At a particular frequency, different portions of an acoustic member with different bending wave propagation speeds emit sound energy in different directions, resulting in a sound energy diagram in polar coordinates as a function of direction.
Když se frekvence zvyšuje, rychlost šíření ohybových vln v akustickém členu se zvyšuje a úhel vyzářeného zvuku se snižuje směrem k osovové poloze podle výše uvedené rovnice. Rozdíl úhlu se zohledněním rychlosti je velký při velkých úhlech a snižuje se se zmenšujícím se úhlem směrem k osové poloze. Tudíž, když se frekvence zvýší, zvuk je emitován v φ ·φ · · 9 9 φ • ♦ Φ Φ · · · «9 9 * ♦ Φ Φ · Φ φφAs the frequency increases, the rate of propagation of the bending waves in the acoustic member increases and the angle of the radiated sound decreases toward the axial position according to the above equation. The angle difference with respect to speed is large at large angles and decreases with decreasing angle towards the axial position. Therefore, when the frequency increases, the sound is emitted at φ · φ · 9 9 φ φ φ φ φ
Φ·ΦΦ Μ ΦΦ Φφφφ ·> 9 konfiguraci, která mění tvar. Energie je zaostřena do užšího svazku kolem normály.9 · ΦΦ Μ ΦΦ φφφφ ·> 9 configuration that changes shape. The energy is focused into a narrower beam around the normal.
Diagram v polárních souřadnicích mění tvar se zvyšující se frekvencí. Změnou ohybové tuhosti v akustickém členu se může dosáhnout rovnoměrnějšího zvukového výstupu při dané frekvenci, avšak součet výstupů může produkovat méně hladký výstup při ostatních frekvencích.The diagram in polar coordinates changes shape with increasing frequency. By varying the bending stiffness of the acoustic member, a more uniform sound output at a given frequency can be achieved, but the sum of the outputs can produce a less smooth output at other frequencies.
Hladina akustického tlaku při jednom zvoleném úhlu může být uspořádána tak, aby zůstala relativně konstantní. Avšak někde jinde hladina akustického tlaku již nemusí být konstantní a může zesilovat efect soustřeďování záření do svazků.The sound pressure level at one selected angle may be arranged to remain relatively constant. However, elsewhere, the sound pressure level may no longer be constant and may amplify the effect of concentrating radiation into beams.
Vzhledem k výše uvedenému, je nutné konstatovat, že není možné dosáhnout maximálně hladký diagram v polárních souřadnicích pro všechny frekvence nebe maximálně hladkou frekvenční odezvu v daných bodech. Tudíž je snahou dosáhnout užitečného kompromisu, který by poskytnul relativně hladkou odezvu v rozmezí bodů a relativně hladký diagram v polárních souřadnicích v rozmezí frekvencí.In view of the above, it should be noted that it is not possible to achieve a maximum smooth diagram in polar coordinates for all frequencies or a maximum smooth frequency response at given points. Thus, an attempt is made to achieve a useful compromise that would provide a relatively smooth response over a range of points and a relatively smooth diagram in polar coordinates over a range of frequencies.
Experimentální výsledkyExperimental results
Testované akustické členy ve tvaru panelu zahrnovaly 100 μτπ tlusté skleněné pláště laminované s nelisovaným materiálem typu Rohacell. Zužující se akustické členy byly vytvořeny laminací plášťů na deskách typu Rohacell, které byly opískovány do žádoucího profilu. Relativně velké akustické členy byly zvoleny kvůli zdůraznění koincidenčního efektu a všechny akustické členy měly následující rozměry:The panel-shaped acoustic members tested included 100 μτπ thick glass sheaths laminated with non-pressed Rohacell material. The tapered acoustic members were formed by laminating sheaths on Rohacell-type panels that were sandblasted to the desired profile. Relatively large acoustic elements were chosen to emphasize the coincidence effect and all acoustic elements had the following dimensions:
délka:length:
554 mm ··*♦ »« • · ·· ··♦· ·· ··· šířka: 480 mm plocha: 0,26 m2 554 mm width: 480 mm area: 0.26 m 2
Místo umístění budiče bylo zvoleno ve středu akustického členu za účelem zjednodušení profilu testovaného akustického členu. Budič byl tvořen elektrodynamickým budičem typu Nec s odporem 4 Ω a průměrem kmitací cívky 13 mm.The exciter location was chosen at the center of the acoustic member to simplify the profile of the acoustic member tested. The exciter consisted of a 4 typu Nec electrodynamic exciter with a 13 mm voice coil diameter.
výsledky jsou uvedeny v jednotkách dB údaje nejsou vyhlazenyresults are given in dB data are not smoothed
2) Diagram v polárních souřadnicích pro jedinou frekvenci k ilustrování směrové charakterisriky.2) Polar coordinate diagram for a single frequency to illustrate directional characteristics.
měřící vzdálenost = lm celková plocha akustického členu v ozvučnici = 1 m‘ výsledky uvedeny v jednotkách dBmeasuring distance = lm total area of acoustic element in baffle = 1 m ‘results are given in dB units
Údaje' jsou vyhlazeny do třetí oktávy za účelem vyhlazení podrobné fluktuační charakteristiky záření akustického členu t a tudíž zdůraznění koincídenčních aspektů.The data is smoothed to the third octave in order to smooth out the detailed fluctuation characteristics of the radiation of the acoustic element t and thus to emphasize the coincidence aspects.
4} Akustický výkon měřící vzdálenost = 1 m celková plocha akustického členu v ozvučnici = 1 m2 • ·· • φ • « · · «··· ·Φ ·· ··«· « · • « · • · »· ··* údaje nejsou vyhlazeny4} Acoustic power measuring distance = 1 m total area of acoustic element in baffle = 1 m 2 · * Data are not smoothed
4) Rychlost v budícím bodě měřená laserovým rychlostním systémem výsledky jsou uvedeny v jednotkách mm/s/V údaje nejsou vyhlazeny4) Speed at driving point measured by laser speed system results are given in units of mm / s / V data are not smoothed
5) Skanování distribuce rychlosti v ploše akustického členu za účelem určení vlnové délky v akustickém členu při dané frekvenci buzení a tudíž rychlosi ohybového vlnění5) Scanning the velocity distribution in the acoustic member area to determine the wavelength in the acoustic member at a given excitation frequency and hence the bending wave speed
Nejdříve jsou uvedeny výsledky dosažené u srovnávacích akustických členů s konstantní ohybovou tuhostí.First, the results obtained with comparative acoustic members with constant bending stiffness are given.
Obr. 3a zobrazuje rychlost ohybového vlnění vypočtenou z materiálových parametrů akustického členu pro tři rozdílné konstantní tloušťky akustického členu, tj. 4 mm, 3 mm a 2 mm.Giant. 3a shows the bending wave rate calculated from the acoustic member material parameters for three different constant acoustic member thicknesses, i.e., 4 mm, 3 mm, and 2 mm.
Obr. 3b zobrazuje experimentální určení rychlosti ohybových vln pro ty akustické členy, které byly zjištěny z obrazu vibrační konfigurace v akustickém členu při pevných frekvencích. Při nízkých frekvencích předpověděné hodnoty souhlasí s experimentálními výsledky. Avšak při vysokých frekvencích naměřená rychlost je nižší, než je předpovězená hodnota kvůli vlivu namáhání ve střihu. Rychlost se mění pomaleji s frekvencí, než je závislost druhé odmocniny očekávané u čistého ohybového vlnění při vysokých frekvencích.Giant. 3b depicts an experimental determination of the bending wave velocity for those acoustic members that were detected from a vibration configuration image in the acoustic member at fixed frequencies. At low frequencies, the predicted values agree with experimental results. However, at high frequencies, the measured velocity is lower than the predicted value due to the effect of shear stress. The velocity varies more slowly with frequency than the square root of expected bending waves at high frequencies.
V grafu na obr.' 3 je rovněž zobrazena linie označená, vztahovou značkou c odpovídající rychlosti zvuku ve vzduchu. Frekvence, při kterých se tato linie kříží s liniemi odpovídajícími každé jedné tloušťce panelu, jsou koincidenčními frekvencemi. Na základě odhadu/výpočtu z ·· • ·· • · · ··*· ·· • fr » · ··In the graph of FIG. 3 also shows the line indicated by the reference numeral c corresponding to the speed of sound in the air. The frequencies at which this line crosses lines corresponding to each panel thickness are coincidence frequencies. Based on an estimate / calculation from ··· fr · ···
nízkofrekvenční ohybové tuhosti je učiněn závěr, že při snížení tloušťky akustického členu ze 4mm na 2mm se zvýší koincidenční frekvence z přibližně z 5 kHz na 8,5 kHz. Ve skutečnosti tato změna tloušťky vyvolá mnohem větší 2měnu koincidenční frekvence z 5kHz na 14kHz. Akustický člen s tloušťkou 4 mm má koincidenční frekvenci 5 kHz, přičemž akustický člen s tloušťkou 3 mm má koincidenční frekvenci 7 kHz a akustický člen s tloušťkou 2 mm má koincidenční frekvenci 14 kHz.The low frequency bending stiffness concludes that as the acoustic element thickness decreases from 4mm to 2mm, the coincidence frequency will increase from approximately 5 kHz to 8.5 kHz. In fact, this change in thickness will cause a much larger 2 coincidence frequency change from 5kHz to 14kHz. The 4 mm thick acoustic element has a coincidence frequency of 5 kHz, the 3 mm acoustic element has a coincidence frequency of 7 kHz, and the 2 mm acoustic element has a coincidence frequency of 14 kHz.
Níže popsané zužující se akustické členy mají tloušťku 4 mm v budícím bodě, přičemž tlouška se směrem k okraji snižuje až na 2 mm při okraji.The tapered acoustic members described below have a thickness of 4 mm at the drive point, the thickness decreasing towards the edge up to 2 mm at the edge.
Z obr. 4 až 6 je zřejmý koincidenční efekt zjištěný měřením pro akustický člen ve tvaru plochého panelu s tloušťkou 4 mm.Figures 4 to 6 show the coincidence effect obtained by measurement for a 4 mm flat panel acoustic member.
Obr. 4 zobrazuje měření jednobodové frekvenční odezvy na ose' a při úhlech 40° a 80° od osy. Poněvadž úhel se zvyšuje směrem od polohy na ose, nízké frekvence jsou zeslabeny kvůli akustickému rušení. Při úhlu 80° se objeví vysokofrekvenční špička v blízkosti frekvence 5 kHz, tj. v blízkosti koincidenční frekvence tohoto akustického členu. Špičkový zvukový výkon při úhlu 80° dosahuje 80 dB, což je přibližně o 14 d3 více, než je tomu při stejné frekvenci v odezvě na ose. Tato . špička v odezvě následovaná stupněm tlumení je charakteristická pro koincidenční efekt ve velkých tuhých rezonančních členech.Giant. 4 shows the measurement of a single-point frequency response on the axis' and at angles of 40 ° and 80 ° from the axis. As the angle increases away from the axis position, the low frequencies are attenuated due to acoustic interference. At an angle of 80 °, a radio frequency peak occurs near the frequency of 5 kHz, i.e. near the coincidence frequency of this acoustic element. Peak sound power at 80 ° reaches 80 dB, about 14 d3 more than the same frequency in response to the axis. This one. the peak in response followed by the degree of damping is characteristic of the coincidence effect in large solid resonant elements.
Obr. 5 zobrazuje diagram hladiny akustického tlaku v polárních souřadnicích a v různých směrech při frekvencích 6 kHz, 9kHz a 15 kHz. Z obr. 5 je zřejmé zužování radiace, které začíná při úhlu 90° pro frekvenci 6kHz a pokračuje až k úhlu menším než 60° při 15 kHz. Soustřeďování záření do • «« · • · · * « » i · · •••v ·· t e · · · ♦ · · · * · * * · * ♦ «· ··· «· ·· svazku při úhlu, který se zmenšuje s rostoucí frekvencí je příznačné pro koincidenční efekt.Giant. 5 shows a diagram of the sound pressure level in polar coordinates and in different directions at 6 kHz, 9 kHz and 15 kHz frequencies. Referring to Figure 5, radiation narrowing begins at an angle of 90 ° for 6kHz and continues to an angle of less than 60 ° at 15 kHz. Concentrating radiation into the beam at an angle, which decreases with increasing frequency is characteristic of the coincidence effect.
Obr. 6 zobrazuje závislost akustického výkonu na frekvenci. Při nízkých frekvencích se výkon pomalu mění. Avšak, když se frekvence dále zvyšuje, výkon se- zvýší až k maximální hodnotě, kterou výkon dosahuje v blízkosti koincidenční.frekvence, načež při frekvencích vyšších, než je koincidenční frekvence, výkon zpátky klesá. Z obr. 6 je zřejmé, že akustický výkon dosahuje maxima ve větším rozsahu než hladina akustického tlaku na obr. 5. Je to z toho důvodu, že měření výkonu se provádí integrací hladiny akustického tlaku ve všech úhlech a tudíž neodráží změnu směrovosti, avšak pouze zjišťuje celkový akustický výstup, který se mění relativně pomalu s frekvencí. Toto maximum výkonové odezvy je rovněž příznačné pro koincidenční efekt u velkých tuhých akustických členů. .Giant. 6 shows the frequency-dependent acoustic power dependence. At low frequencies, power slowly changes. However, as the frequency continues to increase, the power increases up to the maximum value that the power achieves near the coincidence frequency, and then, at frequencies higher than the coincidence frequency, the power drops back. It is apparent from Fig. 6 that the sound power reaches a maximum to a greater extent than the sound pressure level in Fig. 5. detects the total acoustic output that changes relatively slowly with frequency. This maximum power response is also characteristic of the coincidence effect of large rigid acoustic elements. .
V následujícím textu bude popsán první příklad provedení reproduktoru podle vynálezu. Tento reproduktor zahrnuje zužující se akustický člen ve tvaru panelu.The first embodiment of a loudspeaker according to the invention will be described below. The loudspeaker comprises a tapered panel-shaped acoustic member.
Obr. 7a zobrazuje závislost tloušťky profilu zužujícího se akustického členu na poměrné vzdálenosti od středu akustického členu k jeho okrajů. Akustický Člen byl vyfrézován tak, že střední část akustického členu kolem jeho středu má tvar pyramidy, jak je to zřejmé z profilu akustického členu zobrazeného na obr. 7a. Obr. 7b zobrazuje závislost koincidenční frekvence na poměrné vzdálenosti v akustickém členu, přičemž tato závislost odpovídá profilu akustického členu zobrazeného na obr. 7a. Z této závislosti je zřejmé, že k větší změně koincidenční frekvence dochází relativně blízko k místu umístění budiče.Giant. 7a illustrates the dependence of the profile thickness of the tapered acoustic member on the relative distance from the center of the acoustic member to its edges. The acoustic member has been milled such that the central portion of the acoustic member around its center is pyramid-shaped as seen in the profile of the acoustic member shown in Figure 7a. Giant. 7b illustrates the dependence of the coincidence frequency on the relative distances in the acoustic member, which depend on the profile of the acoustic member shown in FIG. 7a. From this dependence, it is apparent that a greater change in the coincidence frequency occurs relatively close to the exciter location.
Obr.^ 8 zobrazuje jednobodové frekvenční odezvy pro b··· ·» • b · b • * b b b « b b b ·· ··♦·Fig. ^ 8 shows single-point frequency responses for b b b b b b b b b b
I t b bb b I» zvětšující se úhel kolem akustického členu. Odezva v poloze na ose je podobná jako u referenčního akustického členu v jak nízkofrekvenčním tak i ve vysokofrekvenčním rozsahu.The increasing angle around the acoustic member. The response in the axis position is similar to the reference acoustic element in both the low and high frequency ranges.
V tomto provedení je koincidenční maximum plochýmakustickým členem zeslabeno až o 10 dB. Šířka maxima se rovněž zdvojnásobí.In this embodiment, the coincidence maximum is reduced by up to 10 dB by the flat acoustic element. The maximum width also doubles.
Nad koíncidencí v akustickém členu podle vynálezu nedochází k tak silnému tlumení hladiny akustického tlaku při úhlu 80° vzhledem k odezvě v poloze na ose, jaké bylo zjištěno ve srovnávacím akustickém členu.Above the coincidence in the acoustic element according to the invention, there is no dampening of the sound pressure level at 80 [deg.] Relative to the response in the axis position as found in the comparative acoustic element.
Obr. 9 zobrazuje diagram hladiny akustického tlaku v polárních souřadnicích pro frekvence 6 kHz, 9kHz a 15 kHz, které jsou stejné jako frekvence na obr. 5. Z porovnání obou obrázků je zřejmá skutečnost, že diagram akustického členu podle prvního příkladu provedení má .výrazně méně radiačních svazků než diagram referenčního plochého akustického členu.Giant. Fig. 9 shows a diagram of the sound pressure level in polar coordinates for frequencies of 6 kHz, 9 kHz and 15 kHz, which are the same as those of Fig. 5. beam than the reference flat acoustic element diagram.
Obr. 10 zobrazuje akustický výkon vyzářený akustickým členem podle prvního příkladu provedení. Při porovnání s odezvou referenčního akustického členu zobrazenou na obr. 6 je zřejmé, že se koincidenční maximum zeslabí o 5 dB a rozšíří na vyšší frekvence, jak se to předpokládalo u zužujícího akustického členu se snižující se tuhostí směrem k okrajům.Giant. 10 shows the sound power emitted by an acoustic member according to the first exemplary embodiment. By comparison with the response of the reference acoustic member shown in Fig. 6, it is clear that the coincidence maximum is attenuated by 5 dB and extended to higher frequencies as expected by the tapered acoustic member with decreasing edge stiffness.
V konečném souhrnu je nutné konstatovat, že u testovaných akustických členů podle prvního příkladu provedení se dosáhlo ve srovnání s plochými rezonančními členy výrazných zlepšení ve všech aspektech problémů spojených s koincidencí. Je rovněž možné uvést, že testované akustické členy představují dobrý kompropis mezi dosažením profilu s výraznými zlepšeními každého aspektu problému spojeného s koincidencí a zachováním ' «· · · * # · * ·>···* « · · t * ««««·· « fc · ···· «Φ ·· ···· * «*· dobré frekvenční odezvy.In summary, it has to be noted that the acoustic elements tested according to the first exemplary embodiment have significantly improved in all aspects of the coincidence problems compared to the flat resonance elements. It can also be noted that the tested acoustic elements represent a good comprise between achieving a profile with significant improvements in each aspect of the coincidence-related problem and preservation. · Fc · ···· Good frequency response.
Na obr. 11 až 14 jsou zobrazeny výsledky dosažené reproduktorem podle druhého příkladu provedení vynálezu s velkou změnou gradientu tuhosti v ploše akustického členu. Tyto výsledky jsou velmi podobné výsledkům dosaženým akustickým členem zobrazeným na obr. 7.Figures 11 to 14 show the results obtained by a loudspeaker according to a second embodiment of the invention with a large variation in the stiffness gradient in the area of the acoustic member. These results are very similar to those obtained by the acoustic member shown in Figure 7.
Oba akustické členy představuje dobrý kompromis, který zlepšuje všechny aspekty koincidenčních radiačních charakteristik. Druhý akustický člen vykazuje nepatrně zhoršené jednobodové frekvenční charakteristiky a nepatrně zhoršený akustický výkon ve srovnání s prvním akustickým členem, zatímco jednofrekveční diagramy v polárních souřadnicích jsou nepatrně zlepšeny. Zatímco optimalizace je vždy výsledkem kompromisu, konečný profil akustického členu je možné zvolit podle podmínek aplikace reproduktoru.Both acoustic elements represent a good compromise that improves all aspects of the coincidence radiation characteristics. The second acoustic element exhibits slightly deteriorated single point frequency characteristics and slightly deteriorated acoustic performance compared to the first acoustic element, while single frequency diagrams in polar coordinates are slightly improved. While optimization is always the result of compromise, the final profile of the acoustic element can be selected according to the loudspeaker application conditions.
První dva příklady provedení se týkaly akustického členu s nepříliš velkými rozměry. V následujícím textu je popsán třetí příklad provedení s malými rozměry (210 mm x 148,5 mm).The first two exemplary embodiments related to an acoustic element of not very large dimensions. In the following, a third exemplary embodiment with small dimensions (210 mm x 148.5 mm) is described.
Obr. 15 a 16 zobrazují profil akustického členu. Akustický člen je vyroben tak, že deska z materiálu typu Rohacell a s tloušťkou 14,5 mm se slisuje do profilu, který má tloušťku 10,8 mm při středu a tloušťku 1 mm při okraji. Srovnávací plochý akustický člen je stlačen tak, že má tloušťku 9,8 mm v celém rozsahu akustického členu. Budič je připevněn na zadní straně akustického členu v místě, které je optimální pro izotropní akustický člen. Tímto místem umístění budiče se dosáhnou dobré výsledky dokonce i v případě zužujících se akustických členů, ačkoliv se předpokládá další optimalizace místa uspořádání budiče.Giant. 15 and 16 show the profile of the acoustic member. The acoustic member is manufactured by pressing a 14.5 mm thick Rohacell plate into a profile having a thickness of 10.8 mm at the center and a thickness of 1 mm at the edge. The leveling flat acoustic member is compressed to have a thickness of 9.8 mm over the entire range of the acoustic member. The exciter is mounted on the back of the acoustic member at a location that is optimal for the isotropic acoustic member. This exciter location provides good results even in the case of tapered acoustic members, although further optimization of the exciter location is contemplated.
Obr. 16 zobrazuje závislost koincidenční frekvence na toto · 4 · 4 * » ··« · · »4 4 to to · 4 · » 4 ·Giant. 16 shows the dependence of the coincidence frequency on this. 4 4 to to 4 · 4 4
4··· toto 44 4«·· ·4 444 poloze v akustickém členu. Obr. 17 zobrazuje výsledky dosažené zužujícím se akustickým členem porovnané s výsledky dosažené plochým akustickým členem o stejné velikosti a s tloušťkou 10 mm. Obr. 18a zobrazuje výsledky měření akustického výkonu plochého akustického členu, zatímco obr. 18b zobrazuje výsledky měření akustického výkonu zužujícího se akustického členu.4 444 this position in the acoustic member. Giant. 17 shows the results achieved by a tapered acoustic member compared to the results obtained by a flat acoustic member of the same size and thickness of 10 mm. Giant. Fig. 18a shows the sound power measurement results of a flat acoustic element, while Fig. 18b shows the sound power measurement results of a tapered acoustic element.
Jak je to zřejmé z uvedených obrázku, zužující se akustický člen má vynikající širokou směrovou charakteristiku. Dokonce při 13 kHz je zvuk vyzářen rovnoměrně do čelní hemisférv. Je nutné upozornit, že uvedené testovací akustické členy jsou připevněny na mělký kryt, který způsobuje maximum kolem 500 Hz. V reproduktorech je tento' nepříznivý účinek regulován filtry nebo jinými prostředky. Avšak je nutné zdůraznit, že tento účinek je vyvolán krytem, nikoliv zúžením akustického členu.As can be seen from the above figures, the tapered acoustic member has an excellent broad directional characteristic. Even at 13 kHz, the sound is radiated evenly into the frontal hemisphere. It should be noted that said test acoustic members are mounted on a shallow housing which causes a maximum of about 500 Hz. In loudspeakers, this adverse effect is controlled by filters or other means. However, it should be emphasized that this effect is caused by the cover, not by the narrowing of the acoustic member.
Rovněž byly provedeny testy na dalších rezonančních členech. Výsledky ukázaly zlepšení různých efektů způsobených koincidenčí rezonančního členů podle vynálezu. K vyhlazení směrových efektů je stanovení přesného profilu důležité, zatímco určení přesného profilu je mnohem méně důležité k vyhlazení celkového akustického výkonu.Tests on other resonant elements were also performed. The results showed an improvement in the various effects caused by the coincidence resonant members of the invention. To smooth the directional effects, determining the exact profile is important, while determining the accurate profile is much less important to smooth the overall sound power.
Obr. 19 až 21 zobrazují výsledky měření rychlosti šíření ohybových vln v budícím bodě pro tři akustické členy buzené budičem s kmitací cívkou o průměru 25 mm. Obr. 19 zobrazuje výsledky dosažené plochým akustickým členem o tloušťce 4 mm. Obr. 20 zobrazuje výsledky dosažené akustickým členem podle prvního příkladu provedení a obr. 21 zobrazují výsledky dosažené plochým akustickým členem s tloušťkou 2 mm.Giant. Figures 19 to 21 show the results of measuring the bending wave propagation velocity at an excitation point for three acoustic members excited by an excitation coil with a 25 mm diameter coil. Giant. 19 shows the results obtained by a 4 mm thick flat acoustic member. Giant. 20 shows the results achieved by an acoustic member according to the first exemplary embodiment, and FIG. 21 shows the results achieved by a 2 mm thick flat acoustic member.
Z rychlostních grafů je zřejmá strmá špička me2i frekvencemi 10 kHz a 20 kHz, která odpovídá aperturní « t ···· «· • · ·♦··From the velocity graphs, the steep peak me2i is apparent at the frequencies of 10 kHz and 20 kHz, which corresponds to the aperture «t ····« · · · · ♦ ··
rezonanci. V případě plochého akustického členu o tloušťce 4 mm a zužujícího se akustického členu se tato rezonance objevuje při frekvenci 13,1 kHz. V případě plochého akustického členu o tloušťce 2 mm se uvedená rezonance objevuje při frekvenci 11,8 kHz.resonance. In the case of a 4 mm thick flat acoustic element and a tapered acoustic element, this resonance occurs at a frequency of 13.1 kHz. In the case of a 2 mm flat acoustic element, said resonance occurs at a frequency of 11.8 kHz.
Jak se to předpokládalo, rezonanční frekvence se u plochých akustických členů zvyšuje s rostoucí tuhostí akustického členu.As expected, the resonant frequency of flat acoustic elements increases with increasing stiffness of the acoustic element.
Z výše uvedeného je zřejmé, že aperturní rezonance je určena tloušťkou akustického členu v místě uspořádaní budiče. To znamená, že aperturní rezonance může být minimalizována vytvořením tuhé sekce akustického členu v místě umístění budiče.From the above, it is apparent that the aperture resonance is determined by the thickness of the acoustic member at the exciter location. That is, aperture resonance can be minimized by forming a rigid section of the acoustic member at the exciter location.
Na základě dalších výsledků (nejsou zobrazeny) je možné uvést, že změna chybové tuhostí koncentrovaná kolem okraje akustického členu má malý účinek na radiační charakteristiky při frekvenci nad koincidenční frekvencí. Nicméně tato úprava akustického členu může mít pozitivní níže popsané účinky.Based on other results (not shown), it may be noted that the error stiffness change concentrated around the edge of the acoustic member has little effect on the radiation characteristics at a frequency above the coincidence frequency. However, this modification of the acoustic member may have the positive effects described below.
Při praktické realizaci reproduktoru je akustický člen obvykle připevněn v nějakém rámu/nosiči. V tomto případě je důležité, aby vibrační energie zůstala v akustickém členu a pouze minimální část této energie se převedla do rámu. To je dosaženo vytvořením neshody mezi mechanickou impedancí akustického členu a mechanickou impedancí rámu. Změna tloušťky akustického členu při okrajích akustického členu umožňuje regulovat mechanickou impedanci na rozhraní akustického členu a rámu bez, toho, že by tato změna měla vliv na celkové radiační charakteristiky. V následujícím textu jsou popsány některé příklady výhodných modifikací akustického členu.In the practical implementation of the loudspeaker, the acoustic member is usually mounted in a frame / carrier. In this case, it is important that the vibration energy remains in the acoustic member and that only a minimal portion of this energy is transferred to the frame. This is achieved by creating a mismatch between the mechanical impedance of the acoustic member and the mechanical impedance of the frame. The variation of the thickness of the acoustic member at the edges of the acoustic member allows to regulate the mechanical impedance at the interface of the acoustic member and the frame without affecting the overall radiation characteristics. Some examples of preferred modifications of the acoustic member are described below.
Zúžením akustického členu na velmi malou tloušťku v blízkosti okrajů akustického členu se omezuje mechanická impedance akustického členu na velmi malou hodnotu. Když je hodnota této mechanické impedance vhodně nižší, než je mechanická impedance svěracího rámu,, potom se pouze malé množství energie převede na rám.By narrowing the acoustic element to a very small thickness near the edges of the acoustic element, the mechanical impedance of the acoustic element is limited to a very small value. When the value of this mechanical impedance is suitably lower than the mechanical impedance of the clamping frame, only a small amount of energy is converted to the frame.
Zvýšením tloušťky akustického členu pří jeho okrajích se výrazně zvýší mechanická impedance. Když akustický člen je připojen k rámu s měkkým zakončením (a tudíž s úměrně nízkou mechanickou impedancí), potom zvýšení mechanické impedance akustického členu vede k vyšší impedanční neshodě na rozhraní akustického členu a rámu a minimalizuje převod energie na rám.Increasing the thickness of the acoustic element at its edges significantly increases the mechanical impedance. When the acoustic member is coupled to a soft terminated frame (and hence with a proportionally low mechanical impedance), then increasing the mechanical impedance of the acoustic member results in a higher impedance mismatch at the acoustic member-frame interface and minimizes energy transfer to the frame.
Kromě toho je v souvislosti s výše uvedenými příklady nutné uvést, že výrazné zvýšení/snížení tloušťky akustického členu při uvedeném rozhraní vede k odrážení energie zpět do těla akustického členu. Tak např., výrazné zvýšení tloušťky akustického členu při okraji akustického členu poskytuje přiblížení ke svěracímu rozhraní, čím se energie dopadající na rozhraní odráží zpět do akustického členu. Okraj akustického členu potom může být pěvně sevřen rámem nebo nesen· rámem, poněvadž tento okraj obsahuje velmi málo vibrační energie.In addition, in the context of the above examples, it should be noted that a significant increase / decrease in the thickness of the acoustic member at said interface results in energy being reflected back into the body of the acoustic member. For example, a significant increase in the thickness of the acoustic member at the edge of the acoustic member provides an approximation to the clamping interface, whereby the energy incident on the interface is reflected back into the acoustic member. The edge of the acoustic member may then be tightly clamped or supported by the frame, since this edge contains very little vibration energy.
K. dosažení změny ohybové tuhosti není nutné měnit tloušťku akustického členu. Obr. 22 zobrazuje akustický člen, knerý má konstantní tloušťku, avšak je zakřiven tak, že se podél plochy akustického členu mění poloměr křivosti. To způsobí změnu ohybové tuhosti. Alternativní provedení je zobrazeno na obr. 23. V tomto provedení je akustický člen zvlněn za účelem dosažení vyšší ohybové tuhosti ve středové oblasti, než je ve vnější oblasti.K. It is not necessary to vary the thickness of the acoustic member to achieve a change in bending stiffness. Giant. 22 illustrates an acoustic member having a constant thickness but curved such that the radius of curvature varies along the surface of the acoustic member. This causes a change in bending stiffness. An alternative embodiment is shown in FIG. 23. In this embodiment, the acoustic member is undulated to provide a higher flexural stiffness in the central region than in the outer region.
t ·· · · · · t · ««·*·* · · t ♦ · ··»♦·· » t · ···· ·· ·· ···· ·· ··t ·· · t · «« t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t
Změna tloušťky nemusí být dosažena výše uvedenými jednoduchými způsoby. Tak např., ohybová tuhost se může měnit vytvořením zvlněného nebo stupňovitého profilu akustického členu, jak je to zřejmé z obr. 24.The change in thickness may not be achieved by the above simple methods. For example, the flexural stiffness may be varied by providing a wavy or stepped profile of the acoustic member as shown in Figure 24.
Claims (29)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2001757A CZ2001757A3 (en) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Panel form acoustic apparatus using bending waves modes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2001757A CZ2001757A3 (en) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Panel form acoustic apparatus using bending waves modes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2001757A3 true CZ2001757A3 (en) | 2001-06-13 |
Family
ID=5473230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2001757A CZ2001757A3 (en) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Panel form acoustic apparatus using bending waves modes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2001757A3 (en) |
-
1999
- 1999-09-01 CZ CZ2001757A patent/CZ2001757A3/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SK2842001A3 (en) | Panel form acoustic apparatus using bending waves modes | |
| JP5085318B2 (en) | Acoustic device and acoustic device manufacturing method | |
| KR100777888B1 (en) | Transducer | |
| SK119499A3 (en) | Acoustic device | |
| US6839444B2 (en) | Loudspeakers | |
| JP3084281B2 (en) | Panel type speaker | |
| US8391540B2 (en) | Bending wave acoustic device and method of making thereof | |
| US20020044668A1 (en) | Bending wave loudspeaker | |
| CZ20003591A3 (en) | Acoustic apparatus | |
| JPH11512254A (en) | Panel microphone | |
| US6694038B1 (en) | Acoustic device | |
| JP2004515178A (en) | Loudspeaker | |
| CZ2001757A3 (en) | Panel form acoustic apparatus using bending waves modes | |
| JP2004506360A (en) | Bending wave loudspeaker | |
| US20010005417A1 (en) | Acoustic devices | |
| US20190037318A1 (en) | Speaker diaphragm and coil coupling arragement, and method | |
| MXPA01002270A (en) | Panel form acoustic apparatus using bending waves modes | |
| WO2001045458A2 (en) | Acoustic devices | |
| WO2003013180A2 (en) | Acoustic device | |
| GB2370716A (en) | A bending wave loudspeaker with the drivers located at a specific distance from the central plane of the diaphragm |