DK171338B1 - Rundtstrålende lydkilde - Google Patents

Description

„ DK 171338 B1

Opfindelsen angår en lydkilde omfattende en højttaler, som i én retning udstråler i en hul kobler med en åben indgang, som kommunikerer med og er lukket af højttaleren, og en åben udgang, idet kobleren har stive vægge, der ikke kan reagere på 5 de af højttaleren frembragte lydtryk og har et tværsnitsareal, der aftager i retning bort fra højttaleren, hvorhos højttaleren i modsat retning udstråler i et kabinet.

En højttaler, der er udstyret med en kobler og et kabinet, kendes fra US-patentskrift nr. 4.206.831.

10 Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en rundtstrålende lydkilde.

En lydkilde af den indledningsvis nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at kabinettets tværsnitsareal aftager i retning bort fra højttaleren. Forsøg har vist, at man derved 15 undgår, at kabinettet skygger for udstråling i bagudgående retning, hvorved der opnås en i hovedsagen kugleformet udstrålingskarakteristik inden for et relativt stort frekvensinterval.

Endvidere kan ifølge opfindelsen kabinettet være konusformet 20 eventuelt stubkonisk. ·

Det konusformede kabinet kan ifølge opfindelsen have en konusvinkel på højst 15°.

Endvidere kan ifølge opfindelsen kobleren være konusformet og have en konusvinkel, der er mindre end konusvinklen af kabi-25 nettet.

I en særlig hensigtsmæssig udførelsesform har den konusformede kobler en konusvinkel på ca. 8°.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor 1 fig. 1 en rundtstrålende lydkilde ifølge opfindelsen, fig. 2 ekstreme afvigelser fra rundtstråling som funktion af frekvensen, idet de internationale standarder er indtegnet, og 2 DK 171338 B1 fig. 3 udstrålingskarakteristikken som funktion af vinklen.

Der er et behov for rundtstrålende lydkilder til brug ved 5 kontrol af bygningsakustik. For det ferste angiver nye ret ningslinier for måling af lydisolation, at der skal anvendes en rundtstrålende lydkilde. For det andet er avancerede rumakustiske indicier stærkt afhængige af lydkildens retningsbestemthed, hvilket har ført til anbefalinger med hensyn 10 til direktivitet.

Ved de kendte tilnærmelser til rundtstrålende lydkilder anbringes et stort antal højttalere på en kugleflade. Kuglen tilnærmes af et regulært polyeder. Der findes lydkilder, produkter, som er baseret på tetraeder, kuber (hexaeder), oktae-15 der og ikosaeder. En højttaler er da monteret på hver flade af polyhedronen, og alle højttalere fødes i fase. Som følge af spredning i højttalerkarakteristikker, fasevariation, især i frekvensområdet over 1kHz opstår der interferensmønstre, der påvirker retningskarakteristikkerne. De forskellige standarder 20 kræver imidlertid kun 'direktivitetsmålinger i brede bånd (1/3 oktav eller én oktav) til tilvejebringelse af 30° glidende middelværdier. 12 eller 20 højttalere optager forholdsvis meget plads, og dette resulterer i voluminøse kilder, der er tunge og typisk vejer mere end 12 kg og har en diameter på ca. 50 25 cm.

Ifølge opfindelsen er der tilvejebragt en rundtstrålende lydkilde med en karakteristik, der kan sammenlignes med karakteristikkerne af de kendte polyederkilder. Den perfekte rundtstrålende kilde er en punktkilde. Diameteren af den lyd-30 emitterende åbning af kilden er derfor reduceret, indtil afvigelserne fra rundtstråling ligger inden for tolerancerne.

En lydkilde, der er opbygget efter dette princip, er vist i DK 171338 B1 3 fig. 1. Lydkilden består af 4 elementer nemlig a) en kraftig højttaler 6 b) en hul kobler med stive vægge i form af et horn 4, som kommunikerer med og er lukket af højttaleren og kon- 5 centrerer lyden og transmitterer denne til en apertur 2 c) en apertur 2, som diffrakterer lyd i alle retninger d) et kabinet 8, som indsnævres i bagudgående retning og mindsker diffraktionen.

Disse elementer undersøges hver for sig, og det har vist sig, 10 at der.derved kan tilvejebringes en rundtstrålende lydkilde, der i hovedsagen virker som en punktkilde. En kraftig højttaler 6 er imidlertid forholdsvis dyr, men i forhold til de 12 højttalere, der tidligere var nødvendige, er der ikke tale om nogen fordyrelse. Anvendelsen af kun én højttaler 6 øger desu-15 den pålideligheden.

Den rundstrålende lydkilde må imidlertid være omhyggeligt dimensioneret. Ikke blot er størrelsen af kabinettet 8 væsentlig for dækningen af det ønskede frekvensområde. Også den ydre form er væsentlig for tilvejebringelse af retningskarakteri-20 stikkerne ifølge de internationale standarder.

Fig. 2 viser resultaterne af den endelige udformning af lydkilden, hvor kabinettet 8 er indesluttet i et konisk eller stubkonisk hus svarende til et horn med en forbindelsescylinder mellem de to konusser, der er reduceret til 10 mm. Resul-25 taterne ligger inden for tolerancerne af de internationale standarder, idet det antages, at centerfrekvensen af hvert bånd afspejler hele båndets adfærd.

Lydkilden udformes på følgende måde: DK 171338 B1 4 i) Først vælges aperturdiameter: For et givet sæt af ret ningstolerancer enten for oktav- eller trediedels oktavbånd må den optimale aperturradius og den maksimale afvigelse for hvert bånd bestemmes.

5 ii) Dernæst vælges højttaleren 6. Eftersom kun nogle få procent af lydeffekten udstråles, skal den valgte højttaler være så følsom og så effektfuld som overhovedet muligt indenfor det bånd, som er af interesse. Dette kræver imiderltid en tung lydkilde af en stor diameter, dvs. øgede vanskeligheder med at 10 tilfredsstille retningskrav i skyggeområdet bag kabinettet 8. Valget af højttaler 6 er derfor et kompromis imellem følsomhed, effekt og størrelse.

iii) Derefter fastlægges dimensionerne af det koniske horn 4.

To dimensioner af konussen er allerede fastlagt under de for- 15 udgående trin nemlig diameteren af aperturen 2 og den samlede diameter af højttaleren 6. Den sidste dimension er længden af hornet 4, som skal tilfredsstille to krav nemlig, at den halve åbningsvinkel ved spidsen af konussen skal være mindre end 15°, idet man ønsker at minimere skyggearealet, og at Helmholtzre-20 sonansen af kilden skal afstemmes til den laveste frekvens, som er af interesse. Eftersom fastgørelsen af højttaleren 6 ved bunden af hornet 4 svarer til en forøgelse af den tilsyneladende længde af hornet 4, vil det sidste krav nødvendiggøre beregninger af hornets 4 længde evt. ved successive ap-25 proksimationers metode, indtil Helmholtzresonansen er korrekt. Dette sker ved hjælp af det efterfølgende trin iv.

iv) Derefter vurderes udformningen. Dette sker ved hjælp af simuleringer, som gør det muligt at beregne den elektriske impedans og kontrollere kabinettets 8 resonans og hele fre- 30 kvensgengivelsen for at kontrollere lavfrekvensafskæringen, det samlede lydniveau og hornresonanserne. Det skal bemærkes, at Thiele-Small parametrene kun beskriver lavfrekvensgengivelsen af en højttaler. Højfrekvensområdet af lydkilden, hvor hornet 4 spiller en afgørende rolle, kan derfor ikke simuleres DK 171338 B1 5 nøjagtigt.

v) Derefter vurderes direktivitet og kabinetdesign. Nogle få principper i designet skal overholdes. Højttalerens 6 diameter skal være så lille som muligt, og kabinettet 8 skal udformes 5 med et gradvist aftagende tværsnit i bagudgående retning. Kabinettet 8 er fortrinsvis konisk, evt. stubkonisk med en konusvinkel, der er større end konusvinklen af hornet 4, der fortrinsvis er på ca. 8°.

Lydkilden ifølge opfindelsen fremstilles på følgende måde: 10 Man anskaffer en højttaler og måler Thiele-Small parametrene.

De af fabrikanterne angivne Thiele-Small parametre er ofte for høje. Man foretager derefter en simulering med aktuelle data for opnåelse af en vurdering af kildens effektniveau. Man tegner en prototype af lydkilden og fremstiller denne.

15 For at at kontrollere om lydkilden tilfredsstiller kravene skal der foretages følgende målinger.

i) Kilden vejes.

ii) Impedanskurven måles for at bestemme Helmholtz- og kabinetresonanserne .

20 iii) Frekvensgengivelsen måles, hvorved hornresonanserne vil kunne bestemmes.

iv) Afvigelser fra rundstråling måles i et lyddødt rum. De bedste resultater opnås i store afstande fra kilden. Ifølge standarderne skal afstanden imidlertid være 1,5 m.

25 v) Effektniveauet måles i et efterklangrum.

I en konkret udformning har lydkilden en samlet længde på 353 mm, idet kabinettet har en længde på 23 mm, og hornet har en DK 171338 B1 6 længde på 330 mm. Aperturdiameteren er typisk 38 mm. Såvel hornet som kabinettet kan eventuelt indeholde lyddæmpende materiale.

Fig. 3 viser udstrålingskarakteristikken ved 500 Hz som funk-5 tion af vinklen Θ i forhold til længdeaksen svarende til, at lydkilden vender opad som vist i fig. i. Det ses, at udstrålingskarakteristikken er i hovedsagen cirkulær.

Claims (7)

1. Lydkilde omfattende en højttaler (6), som i én retning udstråler en hul kobler (4) med en åben indgang, som kommuni- 5 kerer med og er lukket af højttaleren (6), og en åben udgang, idet kobleren (4) har stive vægge, der ikke kan reagere på de af højttaleren (6) frembragte lydtryk, og har et tværsnitsareal, der aftager i retning bort fra højttaleren (6), hvorhos højttaleren (6) i modsat retning udstråler i et kabinet (8), 10 kendetegnet ved, at kabinettets (8) tværsnitsareal aftager i en retning bort fra højttaleren (6).

2. Lydkilde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kabinettet (8) er konusformet, eventuelt stubkonisk.

3. Lydkilde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det 15 konusformede kabinet (8) har en konusvinkel på højst 15°.

4. Lydkilde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at kobleren (4) er konusformet og har en konusvinkel, der er mindre end konusvinklen af kabinettet (8).

5. Lydkilde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den 20 konusformede kobler (4) har en konusvinkel på ca. 8°.

6. Lydkilde ifølge et eller flere af de foregående krav, k e n detegnet ved, at kobleren (4) indeholder et lyddæmpende materiale.

7. Lydkilde ifølge et eller flere af de foregående krav, 25 kendetegnet ved, at kabinettet (8) indeholder et lyddæmpende materiale.