CZ57498A3

CZ57498A3 - Setrvačný vibrační měnič

Info

Publication number: CZ57498A3
Application number: CZ98574A
Authority: CZ
Inventors: Henry Azima; Martin Colloms; Neil Harris
Original assignee: New Transducers Limited
Priority date: 1995-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 1998-07-15
Also published as: IL123374A0; IL123374A; HUP9901393A2; PL325246A1; ATE179045T1; NZ316558A; HUP9901393A3; WO1997009861A1; DE69602102T2; EP0847677B1; DK0847677T3; EA000858B1; AU6881696A; DE69602102D1; CA2229857A1; AU703198B2; EP0847677A1; JPH11512256A; BR9610428A; EA199800254A1

Description

Vynález se týká měniče, zejména vibračního měniče pro reproduktory obsahující panelové akustické vyzařující prvky.

Dosavadní stav techniky

Z patentového dokumentu GB-A-2262861 je známý panelový reproduktor, který zahrnuje rezonanční vícevidový zářič tvořený rovnoměrnou složenou deskou zahrnující jádro o příčné komůrkové struktuře, které obklopují dva pláště, přičemž tato deska má poměr ohybové pevnosti (b) , ve všech směrech, ke kubickému výkonu hmotnosti panelu na jednotku plochy (μ) rovný alespoň 10, připevňovací prostředek, který nese uvedenou desku nebo připevňuje tuto desku k nosnému tělesu, a to volným netlumeným způsobem, a elektromechanický budící prostředek, který je určen k buzení vícevidové rezonance ve vyzařující desce v odezvu na elektrický vstup uvnitř pracovního frekvenčního rozmezí pro reproduktory.

V patentovém dokumentu FR-A-2,596,931 je popsán piezoelektrický vibrátor a reproduktor obsahující piezoelektrickou desku zatíženou hmotou umístěnou v blízkosti jejího těžiště a spřaženou s membránou reproduktoru tak, aby vibroval skrze okraj piezoelektrické desky.

Podstata vynálezu

Jednotlivá provedení vynálezu používají prvky, které mají vlastnosti, např. strukturu a konfiguraci, obecně a/nebo specificky popsané v přihlášce WO 97/09842 související s touto přihlášku. Tyto prvky tudíž mají schopnost netlumit a šířit vstupní vibrační energii ohybovým vlněním ve funkční ploše nebo funkčních plochách, které probíhají příčně k ·

• · · ·· 4 4 4 4 4 · 4 4 4 4 4444

4444 4 · 4 · 4 444 4 4

4 4444 444

4444 4 44 44 44 44 tloušťce prvku často avšak nikoliv nezbytně k okrajům uvedeného prvku nebo prvků, mají konfiguraci s anisotripií ohybové pevnosti nebo bez ni tak, aby měly rezonanční vidy ohybové vlnové vibrace distribuované po celé ploše prvku příznivým způsobem pro akustické spojení s okolním vzduchem, a maj i předem stanovené výhodné polohy na uvedené ploše pro měničový prostředek, zejména pro jeho funkčně aktivní nebo pohyblivé části účinné v závislosti na akustické vibrační aktivitě v uvedené ploše a na signálech, obvykle elektrických, které odpovídají akustické míře takové vibrační aktivity. V související mezinárodni patentové přihlášce WO97/09842 mající stejnou prioritu jsou navrženy uvedené prvky pro pasivní akustická zařízení bez měničových prostředků, kterými jsou např. zařízení pro vyvolání dozvuku nebo pro akustickou filtraci nebo akustické ozvučení prostoru či místnosti, jakož i pro aktivní akustická zařízení s měničovými prostředky, mezi které patří zvukové zdroje nebo reproduktory s pozoruhodně širokým kmitočtovým rozmezím, kdy se vstupní signály přivádí na uvedený zvuk, nebo mikrofony, které jsou vystaveny zvuku, který převádí na jiné signály.

Vynález se zejména týká aktivních akustických zařízeních ve formě reproduktorů. Výše uvedené prvky v těchto zařízeních jsou nazývány akustickými zářiči s distribuovanými vidy a mají charakteristiky popsané v patentové přihlášce WO 97/09842 nebo jiné charakteristiky popsané v této patentové přihlášce.

Předmětem vynálezu je setrvačný vibrační měnič pro buzení prvku, který má schopnost netlumit a šířit vstupní vibrační energii ohybovým vlněním v alespoň jedné funkční ploše probíhající příčně k jeho tloušťce tak, aby měl rezonanční vidy ohybové vibrace distribuované přes uvedenou alespoň jednu plochu a předem stanovené výhodné polohy uvnitř uvedené plochy pro měničový prostředek, a měnič

A A A · · » AAAA

A · AAAA připevněný na tomto prvku v jedné uvedené poloze pro vibraci tohoto prvku k dosažení rezonance tohoto prvku tvořícího akustický zářič, který poskytuje akustický výstup v průběhu jeho rezonance, přičemž uvedený měnič má deskový piezoelektrický ohybový člen a prostředek pro připevnění ohybového členu na prvku, který má vibrovat (dále jen připevňovací prostředek) , umístěný při středu deskového ohybového členu, přičemž uvedený deskový člen je vůči prvku, který má vibrovat, uspořádán tak, že podstatná část ohybového členu je odsazena od uvedeného prvku za účelem pohybu ohybového členu vzhledem uvedenému prvku, přičemž uvedený měnič dále zahrnuje hmotu připevněnou k okraji ohybového členu. Uvedený připevňovací prostředek může být tvořen lehkým pevným prvkem. Piezoelektrický ohybový člen může mít krystalovou formu. Podle dalšího hlediska je předmětem vynálezu reproduktor zahrnující prvek, který má schopnost netlumit a šířit vstupní vibrační energii ohybovým vlněním v alespoň jedné funkční ploše probíhající příčně k jeho tloušťce tak, aby měl rezonanční vidy ohybové vibrace distribuované přes uvedenou alespoň jednu plochu a předem stanovené polohy pro měničový prostředek, a výše uvedený měnič připevněný na uvedeném prvku v jedné z uvedených poloh pro vibraci uvedeného prvku k dosažení rezonance tohoto prvku tvořícího akustický zářič, který poskytuje akustický výstup v průběhu jeho rezonance.

Stručný popis obrázků

Předmět vynálezu bude více zřejmý z následujícího popisu příkladných provedení vynálezu, ve kterém budou dělány odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje reproduktor s distribuovanými vidy, který byl popsán a nárokován v publikované přihlášce WO97/09842, která souvisí s touto přihláškou, • · · · obr. 2a zobrazuje částečný řez vedený podél linie A-A znázorněné na obr. 1, obr. 2b zobrazuje zvětšený průřez zářičem s distribuovanými vidy stejného druhu, jaký je znázorněn na obr. 2a, přičemž tento obrázek zároveň znázorňuje dvě alternativní struktury tohoto zářiče,

obr.	3	zobrazuje	první	provedení	měniče,
obr.	4	zobrazuj e	druhé	provedení	měniče a
obr.	5	zobrazuje	třetí	provedení	měniče.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je zobrazen panelový reproduktor (81) stejného typu, jaký byl popsán a nárokován v související přihláškou vynálezu WO97/O9842 se stejnou prioritou, přičemž tento reproduktor zahrnuje obdélníkový rám (1) nesoucí kolem vnitřního okraje pružný závěs (3), který nese zvukový vyzařující panel (2) s distribuovanými vidy. Měnič (9), např. měnič podrobně popsaný v souvisejících patentových přihláškách WO/09859, WO97/09861, WO97/09858 se stejnou prioritou, je připevněn zcela a výhradně na panelu (2) nebo v panelu (2) v předem stanovené poloze definované souřadnicemi x a y, přičemž tyto souřadnice jsou vypočteny tak, jak je to popsáno v související přihlášce vynálezu WO97/09842 se stejnou prioritou, pro vybuzení ohybového vlnění v panelu k způsobení rezonance panelu tvořícího zářič poskytující akustický výkon v průběhu jeho rezonance.

Uvedený měnič (9) je buzen signálovým zesilovačem (10) , např. nízkofrekvenčním zesilovačem, spojeným s tímto měničem pomocí vodičů (28) . Zatížení zesilovače a výkonové požadavky mohou být zcela normální, tj . jako u konvenčních kuželovitých reproduktorů, přičemž citlivost je řádově 86 až

0 0 4 »00 dB/W při pokojových podmínkách zátěže. Impedanční zátěž zesilovače má velmi odporový charakter při 6 Ω a zatížitelnosti 20 až 80 W. V případě, že jádro panelu a/nebo jeho pláště jsou vyrobeny z kovového materiálu, potom slouží jako odvod tepla pro měnič za účelem odvedení tepla z motorové cívky měniče, a tudíž zlepšují výkonovou zatížitelnost.

Na obr. 2a a 2b jsou znázorněny typické průřezy reproduktoru (81) na obr. 1. Z obr. 2a je zřejmé, že rám (1), pružný závěs (3) a panel (2) jsou vzájemně spojeny ve spojeních (20) pomocí adhezních prostředků. Uvedený rám může být tvořen lehkým rámem, např. obrazovým vytlačovaným rámem z kovového materiálu, např. hliníkové slitiny, nebo plastické hmoty. Vhodnými materiály pro uvedený pružný závěs mohou být pružné materiály, např. pěnová pryž a pěnová plastická hmota. Vhodnými adhezivy pro spoje (20) mohou být epoxidové, akrylátové a kyanoakrylátové pryskyřice, případně jiná adhez.iva.

fólie, plastické přičemž komůrky

Z obrázku 2b je zřetelné, že panel (2) je tvořen tuhým lehkým panelem, který má jádro (22) zhotovené např. z tuhé plastické pěny (97), jakou může být např. polyvinylchlorid s příčnou vazbou, nebo tvořené jádrem (98) s komůrkovou strukturou, jakým může být např. jádro s voštinovou strukturou zhotovené z kovové hmoty nebo jiného podobného materiálu, uvedené struktury probíhají příčně k ploše panelu a jsou uzavřeny protilehlými plášti (21) zhotovenými z materiálu, jakým je např. papír, plastická hmota nebo kovová fólie. V případě, že uvedené pláště jsou vyrobeny z plastické hmoty, potom tyto pláště mohou být za účelem zvýšení jejich modulů známým způsobem vyztuženy např. uhlíkovými, skleněnými, Kevlarovými vlákny, apod..

Předpokládané plášfové vrstvové materiály a vyztužení tudíž obsahují uhlíková, skleněná, Kevlarová (RTM), Nomexová • · • · »4 · • · · ·· 4 4··· ··· · · · · · · · ······ 4 4 4 · 4444 4 • · 4444 444 ···· 4 ·· 4 4 44 44 (RTM), t j . aramidová, vlákna v různých vrstvách a vazbách, rovněž i papír, vrstvený papír, melamin a různé syntetické plastické fólie o vysokých modulech, jakou je např. Mylar (RTM), Kaptan (RTM), polykarbonátová, fenolová, polyesterová plastická hmota nebo příbuzné plastické hmoty, vlákny zesílené plastické hmoty a kovové fólie. Na základě výzkumu kvality Vectra tekutých krystalů na bázi polymernich termoplastů se zjistilo, že polymerní termoplasty mohou být použity pro tváření vstřikováním ultra tenkých plášťů o malé velikosti, tj . s průměrem kolem 3 0 cm. Tento materiál sám o sobě tvoří orientovanou krystalickou strukturu ve směru vstřikování, což je výhodný směr pro dobré šíření vysokých zvukových kmitočtů z budícího bodu směrem k okrajům panelu.

Dodatečné tváření uvedených nebo jiných termoplastů umožňuje, aby tvářecí nástroje měly lokalizační a registrační znaky, jakými mohou být drážky nebo prstence pro přesné umístění částí měniče, např. excitační cívky a/nebo závěsu magnetu. Kromě toho v případě slabšího materiálu jádra může být výhodné lokálně zvýšit tloušťku pláště, např. v ploše nebo prstenci o průměru až 150 % průměru snímače, za účelem zesílení uvedené plochy a výhodného spřažení vibrační energie v panelu. Tímto způsobem může být pro některé měkčí pěnové materiály zlepšena vysokofrekvenční odezva.

Předpokládaná vrstva jádra má voštinovou strukturu nebo zvlněnou strukturu vytvořenou z fólie hliníkové slitiny, Kevlaru (RTM), Nomexu (RTM), nenatíratelného papíru nebo lepenky a fólií z různých syntetických plastů, rovněž i lehčené nebo pěnové plastické hmoty nebo vlákninových materiálů, dokonce i aerogelových kovů v případě, že mají vhodně nízkou hustotu. Některé vhodné materiály pro vrstvu jádra mají při výrobě schopnost samočinného oplášťování a/nebo mají dostatečnou tuhost pro jejich vložení mezi vrstvy pláště, aniž by byla použita laminace. Materiál pro jádro s vysoce účinnou komůrkovou strukturou je známý pod obchodním • * · • * · · · · • ·

označením Rohacell, přičemž tento materiál může být vhodný pro vyzařující panel, aniž by byl opatřen pláštěm. Z praktického hlediska je cílem dosažení celkové lehkosti a tuhosti vhodné pro konkrétní účely, přičemž tento cíl zejména zahrnuje optimalizaci příspěvků z jádra, plášťových vrstev a přechodů mezi nimi.

V několika výhodných provedeních panelu jsou použity pláště z kovu a kovových slitin nebo případně jsou tyto materiály vyztuženy uhlíkovými vlákny. Tato provedení panelu a rovněž provedení panelu, ve kterých je použita slitina Aerogel nebo ve kterých má jádro voštinovou strukturu z kovového materiálu, mají schopnost stínění vysokých frekvencích, které je důležité pro slučitelnost zařízení vyzařující elektromagnetickou energii. Konvenční panely nebo reproduktory kuželovitého typu nemají schopnost uvedeného stínění.

Kromě toho výhodné formy piezoelektrických měničů a elektrodynamických měničů mají zanedbatelné elektromagnetické záření nebo rozptylové magnetické pole. Konvenční reproduktory mají velké magnetické pole, a to do vzdálenosti až 1 m, pokud nejsou provedena specifická kompenzační protiopatření.

V případě, že je důležité v dané aplikaci zajistit nebo zachovat stínění, potom elektrická spojení mohou být zhotovena tak, aby vodivé části vhodného panelu DML, elektricky vodivá pěna nebo podobné rozhraní mohly být použity pro připevnění v oblasti okrajů.

Závěs 2 může tlumit okraje panelu 2 za účelem zabránění nadměrného pohybu okrajů tohoto panelu. Mimoto může být použito dodatečných tlumících prostředků, např. prostředků ve formě záplat spojených s panelem ve zvolených polohách pro tlumení nadměrného pohybu panelu k dosažení rovnoměrné distribuce rezonance přes plochu panelu. Tyto • · ·

A A AAAA

A A

A·· AA · AAA·

A AAAA AAA A A ··· A A A A AAAA AAA

AAAA A AA ·Α AA AA záplaty mohou být zhotoveny z materiálu na bázi bitumenu, který je obvykle používán v krytech konvenčních reproduktorů, nebo z pružného nebo tuhého polymerního listového materiálu. Některé materiály, zejména papír a lepenka, a některé druhy materiálů pro jádro mohou být samotlumíci. V případě, že je to žádoucí, může být v konstrukci panelů zesíleno tlumení použitím adheziv, která jsou po vytvrzení pružná a nikoliv tuhá.

Uvedené účinné selektivní tlumení zahrnuje specifické aplikace na panelu zahrnující listový materiál prostředku permanentně přidruženého k panelu. Okraje a rohy mohou být zejména důležité pro dominantní a méně rozptýlitelné nízkofrekvenční vidy ohybové vibrace panelu popsaného v této přihlášce. Okrajové upevnění tlumícího prostředku může výhodně vést k panelu se zcela orámovaným listovým materiálem, ačkoliv alespoň jeho rohy mohou často být relativně volné pro žádoucí prodloužení panelu při nízkofrekvenčním provozu panelu. Uvedené upevnění může být provedeno pomocí adhezních nebo samolepicích materiálů. Ostatní formy užitečného tlumení, zejména co se týče více nepatrných účinků a/nebo středních a vyšších frekvencích, může být provedeno pomocí vhodné hmoty nebo hmot připevněných k listovému materiálu v předem stanovených účinných středových polohách v uvedené ploše.

Výše uvedený panel je skutečné dvourozměrný. Zvuková energie ze zadní části panelu není silně fázově vztažena ke zvukové energii z čelní části panelu. To přináší výhodu spočívající v celkovém součtu akustických výkonů v daném prostoru, zvukové energii o rovnoměrné distribuci frekvencí, omezeném účinku odrážející a stojaté vlny a dobré reprodukci přirozeného prostoru.

Zatímco zvuk nebo záření z akustického panelu je značně nesměrové, zvyšuje se procentický podíl fázové vztažené informace mimo osu reproduktoru. Pro zlepšené

9 • 9 9 ♦ · ···♦

9999 9 9 9 9

9 9 9 9 9

99

9 9 9

9 99

999 9 9

9 9 zaostření umělého stereo poslechu dává umístění reproduktoru ve výšce, ve které se obvykle věší obrazy, to je v obvyklé výšce stojící osoby, normálně sedícímu posluchači možnost optimálního stereo poslechu i v případě, kdy se nachází v poloze, která je mírně odchýlena od os reproduktoru. Stejně tak tato trojúhelníková geometrie levá/pravá vzhledem k posluchači poskytuje další úhlovou složku. Takto se dosáhne dobrého stereo efektu.

To je další výhodou pro skupinu posluchačů ve srovnání s reprodukcí pomocí konvenčních reproduktorů. Vzhledem ke skutečně rozptýlenému charakteru zvukového záření akustického panelu poskytuje tento akustický panel zvukovou hlasitost, pro kterou nikterak neplatí pravidlo o úbytku se čtvercem vzdálenosti pro ekvivalentní bodový zdroj. V důsledku toho pro posluchače sedící mimo osy reproduktorů nebo na místě ne příliš vhodném pro poslech intenzita pole panelového reproduktoru podporuje kvalitnější stereo účinek ve srovnání s konvenčními reproduktory. To je způsobeno tím, že. posluchač nacházející se mimo střed účinku všech reproduktorů netrpí dvěma nedostatky, které se obvykle uplatňují v blízkosti reproduktorů. První z těchto nedostatků spočívá v nadměrně zvýšené vnímané hlasitosti blízkého reproduktoru, a v důsledku toho, což je druhý z uvedených nedostatků, ve sníženém vnímání hlasitosti ostatních reproduktorů.

Rovněž další výhodou plochého lehkého panelového reproduktoru je jeho vizuální atraktivnost, dobrá zvuková kvalita a požadavek pouze na jeden měnič, přičemž tento reproduktor nevyžaduje výhybku pro celé zvukové rozmezí pro každý panelový diagram.

Obr. 3 zobrazuje jedno provedení piezoelektrického měniče 9., ve kterém je krystalový kotoučovitý piezoelektrický ohybový člen 27 připevněn při svém středu na jednom konci lehkého pevného válce 93 zhotoveného z tuhé pěnové plastické

• 4

4 4 hmoty a připevněného v otvoru 20 ve vyzařujícím panelu 2. s distribuovanými vidy, např. pomocí adheziv, přičemž uvedený jeden konec válce 28 vystupuje z čelní plochy panelu 2. tak, že okraj 31 ohybového členu 27 je volně zavěšen v místě přilehlém k čelní ploše panelu 2. Za účelem přidání hmoty k volnému okraji piezoelektrického ohybového členu 27 je k okraji piezoelektrického členu 27 připevněn prstenec 25 z plastické hmoty, např. minerál plněný polyvinylchloridem. Tudíž v případě, že je měnič buzen akustickým signálem, potom piezoelektrický ohybový člen 27 vibruje a v důsledku toho jeho hmota budí ohybové vlnění v panelu 2, což způsobuje rezonanci tohoto panelu a produkci akustického výstupu. Měnič 9. může být překryt kopulovitým krytem 26., který je připevněn k panelu 2. za účelem ochrany tohoto měniče.

Piezoelektrický měnič 9 na obr. 4 zahrnuje kotoučovitý piezoelektrický ohybový člen 27 připevněný svým okrajem 31 na povrchu panelu 2, např. pomoci adheziv, přičemž středová část tohoto ohybového členu 27 je volně zavěšena přes dutinu 29 vytvořenou v panelu 2 tak, že pouze okraj 31 ohybového členu 27 je ve styku s uvedeným panelem. Ke středu ohybového členu 27 je připevněna hmota 25., např. z plastického materiálu, přičemž mezi tuto hmotu a tento ohybový člen je vložena tlumící vložka 30 z pružného materiálu, jakým je např. elastický polymer.

Tudíž akustický signál přivedený do piezoelektrického měniče 9 způsobí vibraci ohybového členu 27 a ten zase ohybové vlnění v panelu 2. Budící účinek tohoto měniče je zvýšen zatížením budiče 27 hmotou 25 za účelem zvýšeni jeho setrvačnosti.

Provedení měniče 9. na obr. 5 je stejné jako provedení na obr. 4 s tím rozdílem, že v tomto provedení měnič zahrnuje dvojici piezoelektrických ohybových členů 27, které jsou připevněny na opačných stranách dutiny 29 probíhající skrze panel 2 za účelem provozu měniče v dvojčinném režimu. V tomto

0 • 0

000 00 0 0 00·

0000 000 00 000 0 0

0 0000 000

0000 0 00 00 00 00 provedení jsou středy obou ohybových členů 27 vzájemně spojeny společnou hmotou 25 opatřenou pružnými tlumícími vložkami 30 umístěnými mezi každým ohybovým členem 27 a hmotou 25.

Průmyslová využitelnost

Měnič podle vynálezu má jednoduchou konstrukci a je účinný při různých použitích.

-ptsjit-άβ

9 99 9999 99 99

9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 99

9999 999 99 999 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9

9999 9 99 99 99 99

Claims

1. Setrvačný vibrační měnič (9) pro buzení prvku (2), který má schopnost netlumit a šířit vstupní vibrační energii ohybovým vlněním v alespoň jedné funkční ploše probíhající příčně k jeho tloušťce tak, aby měl rezonanční vidy ohybové vibrace distribuované přes uvedenou alespoň jednu plochu a předem stanovené výhodné polohy uvnitř uvedené plochy pro měničový prostředek, a měnič (9) připevněný na uvedeném prvku v jedné z uvedených poloh pro vibraci uvedeného prvku k dosažení rezonance tohoto prvku tvořícího akustický zařič, který poskytuje akustický výstup v průběhu jeho rezonance, vyznačený tím, že má deskový piezoelektrický ohybový člen (27) a prostředek (93) pro připevněni ohybového členu na prvku (2) , který má vibrovat, umístěný ve středu deskového ohybového členu (27), přičemž uspořádání deskového ohybového členu (27) a prostředku (93) je takové, že podstatná část ohybového členu (27) je odsazena od prvku (2) pro pohyb ohybového členu (27) vůči prvku (2), přičemž uvedený měnič (9) dále zahrnuje hmotu (25) připevněnou k okraji ohybového členu (27).

2. Setrvačný vibrační měnič podle nároku 1, vyznačený t í m, že prostředek (93) pro připevnění ohybového členu (27) na prvku (2) je tvořen lehkým pevným prvkem.

3. Setrvačný vibrační měnič podle nároku 1 nebo 2, v y značený tím, že piezoelektrický ohybový člen (27) má formu krystalu.

»9 9

99 99

9 9 ·

9 9 99

Reproduktor (81) , vyznačený tím, že zahrnuje prvek (2) , který má schopnost netlumit a šířit vstupní vibrační energii ohybovým vlněním v alespoň jedné funkční ploše probíhající příčně k jeho tloušťce tak, aby měl rezonanční vidy ohybové vibrace distribuované přes uvedenou alespoň jednu plochu a předem stanovené výhodné polohy uvnitř uvedené plochy pro měničový prostředek, a měnič (9) podle některého z předcházejících nároků umístěný na uvedeném prvku (2) v jedné z uvedených poloh pro vibraci uvedeného prvku k dosažení rezonance tohoto prvku tvořícího akustický zářič, který poskytuje akustický výstup v průběhu jeho rezonance.