DK179276B1 - Helstøbt højtalerkabinet med integreret basrefleks produceret ved sandstøbning i en grå støbejerns legering. CSRC - Google Patents

Abstract

Støbt lydgengivelse er et unik nyopfundet højtalerkoncept baseret på markedets bedste komponenter og et nyopfundet højtalerkabinetdesign, materialevalg og fremstillingsmetode. Se appendiks 9. Det unikke ved opfindelsen er, at frembringelsen er baseret på, at kabinettet produceres i et og kun et produktionstrin ved anvendelsen af sandstøbeteknologien samtidig med, at man har en naturlig indvendig petruberende geometri, det reflekterer de højfrekvente lydbølger samtidig med, at den integrerede basrefleks lader højtaleren ånde frit. Højtalerkabinettets geometriske udformning og materialevalg gør, at det er immunt over mekaniske vibrationer. Det unikke ved denne opfindelse er, at gråt støbejerns lyddæmpende egenskaber og styrke er blevet anvendt til i et eneste produktiontrin at producere et højtalerkabinet med en indvendig geometri, der reflekterer de højfrekvente lyde på en sådan måde, at der ikke skabes resonans samtidig med, at den integrerede basrefleks sikrer, at højtalerenheden kan ånde, således at der skabes stående trykbølger.

Description

<¹θ> DANMARK (10)

<¹²> PATENTSKRIFT

Patent- og

Varemærkestyrelsen (51) Int.CI.: B22C 9/02(2006.01) B 22 D 3/00(2006.01) C 21C 1/00(2006.01)

H 04 R 31/00 (2006.01) (21) Ansøgningsnummer: PA 2013 00376 (22) Indleveringsdato: 2013-06-19 (24) Løbedag: 2013-06-19 (41) Aim. tilgængelig: 2017-06-06 (45) Patentets meddelelse bkg. den: 2018-03-26 (73) Patenthaver: DANSK SKALFORM A/S, Birkevej 59, Tandrup, 9600 Aars, Danmark (72) Opfinder: Søren Dissing, Vestvej 1,9600 Aars, Danmark (74) Fuldmægtig: TMP Patent ApS, c/o Tenna Pedersen, Ternevej 2 B, 3 tv., 2000 Frederiksberg, Danmark (54) Benævnelse: Helstøbt højtalerkabinet med integreret basrefleks produceret ved sandstøbning i en grå støbejerns legering. CSRC (56) Fremdragne publikationer:

JP S59230394 A JP 2000125381 A JP 2001285977 A JP 2000125382 A JP S59107061 A CN 1283950 A DE 29609681 U1 EP 1682291 B1 (57) Sammendrag:

Støbt lydgengivelse er et unik nyopfundet højtalerkoncept baseret på markedets bedste komponenter og et nyopfundet højtalerkabinetdesign, materialevalg og fremstillingsmetode. Se appendiks 9. Det unikke ved opfindelsen er, at frembringelsen er baseret på, at kabinettet produceres i et og kun et produktionstrin ved anvendelsen af sandstøbeteknologien samtidig med, at man har en naturlig indvendig petruberende geometri, det reflekterer de højfrekvente lydbølger samtidig med, at den integrerede basrefleks lader højtaleren ånde frit. Højtalerkabinettets geometriske udformning og materialevalg gør, at det er immunt over mekaniske vibrationer. Det unikke ved denne opfindelse er, at gråt støbejerns lyddæmpende egenskaber og styrke er blevet anvendt til i et eneste produktiontrin at producere et højtalerkabinet med en indvendig geometri, der reflekterer de højfrekvente lyde på en sådan måde, at der ikke skabes resonans samtidig med, at den integrerede basrefleks sikrer, at højtalerenheden kan ånde, således at der skabes stående trykbølger.

Fortsættes ...

HG. 1.

Beskrivelse:

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af et højtalerkabinet i et støbe materiale.

JPS59230394 A samt JP2000125381 A beskriver begge fremstilling af højtalerkabinetter eller komponenter hertil, hvor anvendelse af gråt støbejern finder anvendelse.

CN1283950 A beskriver fremstilling af jernholdige emner til højtalere vha. sandstøbning.

Normalt fremstilles højtalerkabinetter af træ MDF-plade malet eller beklædt med metalfolie, plastik eller tyndplade i rustfri stål med anvendelse af dæmpende indlægsmateriale for at reducere, og til tider helt at fjerne resonansen.

Lad os tage udgangspunkt i menneskets hørelse, som kan opfatte tone i frekvensområdet ca. 20 - 20.000 Hz. Selve lyden er trykbølger med meget små trykvarianter, ca. en hundredetusindedel af atmosfæretrykket, se appendiks 4.

Kendetegnende for lyd er, at højfrekvente lyde hovedsageligt opfører sig på samme måde som lysstråler, hvorimod lavfrekvente lyde opføre sig som bølger.

Enhederne, der frembringer lyden, svinger mekanisk og kan i givne situationer skabe resonans og forstyrre lydbilledet kraftigt, såfremt en af egensvingningerne af kabinettet rammes.

Materialevalget til kabinettet spiller ind på bestemmelsen af egenfrekvensen, idet det er alment kendt, at tendensen til resonans kan reduceres signifikant ved at reducere bulkdensiteten af kabinettet ved at polstre indersiden med dæmpende materiale.

Ses der bort for den geometriske indflydelse af kabinettet i relation til kabinettets evne til at komme simplificeres til følgende udtryk.

selvsving, kan materialets indflydelse

Vy hvor E er materialets elasticitetsmodul og p er densiteten.

Heraf fremgår det ved anvendelse af data som angivet nedenfor, at det materielle egensvingningsindex for MDF plader ~ 0,0625.

For metallerne bliver det for Gråjern ~ 0,0508, SG-jern ~ 0,0573, Alu- bronze « 0,0430, Aluminium legeringer « 0,0907, stål « 0,0588 og rustfri stål « 0,5884.

Typiske data for MDF plader:

RAW MDF Plade

Primær anvendelse indendørs i byggerier. En glat og pæn plade som er ens og homogen i materialet. Velegnet til hylder, vindueskarme og lign.

Stabil og let at forarbejde. Fræseværktøj kan med fordel anvendes(,) hvor der ønskes udsmykninger eller rundinger på pladens kanter.

Rumvæg:

Elasticitetsmodul:

Bøjebrudstyrke:

Kilde:

755 kg/m³

2700 N/mm² (EN 310)

N/mm² (EN 310) www .raw-products.info

Swiss MDF Decor

Medium Density Fibreboard produced to formaldehyde quality class E1, with a decorative melamine faced surface to be used as specified in the European

Norm DIN 68785
Bulk density: Flexural strength:	700/750 kg/m3 20.0 N/mm2	(EN 323) (EN 310)
Flexural- e-module:	2'200 N//mm2	(EN 310)
Transverse tensile strength 0.55 N//mm2	(EN 319)

Kilde: www.kronospan.com

Typical Mechanical Property Data for a Suit of Selected Material and Alloys.

Gray Cast Iron (Grå jern)

Density: 7100 kg/ mm³

Tensile strength: 270 - 400 N/mm²

Modulus of elasticity: 1,1-1,3*10⁵ N/mm²

The unique damping effect of gray irons is associated to its inherited natural composite microstructure, which is strongly dependent on melting alloy composition and inoculation.

Ductile Iron, Nodular Cast Iron (SG-jern)

Density: 7200 kg/m³

Tensile strength: 270 - 400 N/mm²

Modulus of elasticity: 1,7*10⁵ N/mm²

Alu-Bronze Alloys:

Density: 7890 kg/m³

Tensile strength 540-800 N/mm²

Modulus of elasticity: 1,15*10⁵ N/mm²

Aluminum Bronzes are twice as effective as steel in their ability to dampen vibrations.

Aluminium:

Density: 2700 kg/m³

Tensile strength: ca 250 N/mm²

Modulus of elasticity: 6-7*10⁴ N/mm²

Black Steel( aim konstruktionsstål):

Density: 7800 kg/m³

Tensile strength, yield: ca 300 N/mm²

Modulus of elasticity: 2.1 *10⁵ N/mm²

Stainles Steel (Rustfri stål):

Density: 7800 kg/m³

Tensile strength, yield: ca 210 N/mm²

Modulus of elasticity: 2.0*10⁵ N/mm²

Af dette materialeindex ses det generelt, at der ikke er den store forskel på, om kabinettet laves i en metallegering eller træ, når der ikke tages hensyn til indvendig polstring. Gråt støbejern er et særdeles interessant materiale, idet den naturlige dæmpningskapacitet af dette materiale kan være mere end hundrede gange så stor som for alle de øvrige metaller.

Går vi nu tilbage til det faktum, at lavfrekvent lyd opfører sig som trykbølger, hvorimod højfrekvent lyds bevægelsesmønster mere kan sammenlignes med lys, der reflekteres, kommer kabinettets indvendige overfladeudformning til gavn. Lyden fra diskanten bliver, når den reflekteres hele tiden, brudt på en sådan måde, at der ikke kan opstå stående lydbølger, der kan forstyrre lydbilledet fra højtalerenheden.

Dette mønster kan støbes ved at anvende en sandkerne, som placeres direkte i støbeforme og danner den indvendige geometri. Overfladens ujævne geometriske udformning tager i normalplanet udgangspunkt i et hexagonalt mønster, der kan være introvert/konkav eller extrovert/konveks. Herefter er det de naturlige slipvinkler, for at kernen kan komme ud af kærnekassen efter opskydning og hærdning, der (ændrer) geometrien af den petruberede overflade.

Ved opfindelsen tilvejebringes en fremgangsmåde som angivet i beskrivelsens indledning, og hvor tillige højtalerkabinet fremstilles i en sandform til tilvejebringelse af en udvendig geometri samt ved en sandkerne til tilvejebringelse af en indvendig geometri, at højtalerkabinettet er helstøbt og fremstillet i et af følgende materialer: bronze, rustfrit stål, SG jern, aluminium eller fortrinsvis gråt støbejern, og at sandkernen tilvejebringer et indvendigt geometrisk mønster, som er et hexagonalt mønster, der er introvert/konkav eller extrovert/konveks, hvorved højtalerkabinettets færdigstøbte indvendige flade udgøres af hexagonale extroverte/konvekse eller introverte/konkave mønstre.

Yderligere udførelsesformer fremgår af kravene 2, 3 og 4.

Basenheden, som frembringer de lavfrekvente lyde, flytter relativt meget luft, som kan relatere i stående trykbølger. Dette problem løses ved den indstøbte basrefleks.

Opfindelsen vil blive forklaret nærmere under henvisning til figurerne hvor

Figur 1 viser et højtalerkabinet ifølge opfindelsen set i perspektiv.

Figur 2A viser en sandkerne i perspektiv set skråt forfra.

Figur 2B viser en sandkerne i perspektiv set skråt bagfra.

Figur 3A, B viser CAD billeder af form og placering af sandkernen for et højtalerkabinet ifølge opfindelsen set henholdsvis skråt forfra og skråt bagfra.

Figur 4A-C viser det komplet færdigstøbte højtalerkabinet ifølge opfindelse.

Fig. 5 viser færdigproducerede højtalere Iron Sound CSRC ifølge opfindelsen.

Figur 6A viser opdeling af frekvensområde.

Figur 6B viser sammenhæng mellem frekvens og et lydtryksniveau.

Figur 7A viser resonansmåling af et CSRC kabinet fremstillet i SG jern og uden anvendelse af et mønster ifølge opfindelsen.

Figur 7B viser resonansmåling af et CSRC kabinet fremstillet i SG jern og med anvendelse af et mønster ifølge opfindelsen.

Figur 7C viser resonansmåling af et CSRC kabinet fremstillet i gråt støbejern og med anvendelse af et mønster ifølge opfindelsen.

Figur 1A viser et højtalerkabinet fremstillet ifølge opfindelsen, og hvor kabinettets indvendige overflade fremgår.

Fig. 2A-B viser sandkerner til fremstilling af et højtalerkabinet som vist i figur 1. Sandkernerne er vist forfra og bagfra og er CAD billeder af sandkernen, som skaber den indvendige geometri af højtaleren/kabinettet CSRC, mens figur 3A, B viser CAD billeder af form og placering af sandkernen for et højtalerkabinet ifølge opfindelsen set henholdsvis skråt forfra - figur 3A - og skråt bagfra - figur 3B.

Figur 4A-C er billeder af det komplet færdigstøbte højtalerkabinet CSRC. Diskanten monteres direkte her i de tre huller vist øverst til venstre og basenheden i de fem huller nederst til højre. Resten fremstår som støbt uden bearbejdning.

Figur 5 er billeder af 3 færdigproducerede højtalere Iron Sound CSRC. Højtalerkabinetterne ses her i malet støbejern, men kan også fremstilles i bronzelegeringer, hvor overfladen kan være anløbet på forskellige måder for at fremme et farvespil, poleret rustfri stål, corten stål, aluminium eller segjern(SG).

Materialevalget er frit, idet det er produktionsmetoden koblet til formen, specielt den indvendige geometri, der kun kan laves via sandstøbnings processen af helstøbte kabinetter, der har betydning.

Støbt lydgengivelse er et unikt højtalerkoncept baseret på markedets bedste komponenter og et nyopfundet højtalerkabinetdesign, materialevalg og fremstillingsmetode.

For at belyse effekten af den indvendige 3D overflade versus en glat overflade samt materialevalg blev der støbt 3 kabinetter. Et i Sg-jern med glat overflade hvor alle ujævnhederne på kernen var spartiet ud, en i Sg- jern med en kerne med det beskrevne mønster samt en i gråt støbejern med mønster. Ved at sammenligne resonansmålinger direkte på disse tre kabinetter kan effekten af med/uden mønster samt materialevalg belyses. Der er store forskel på SG-jern og gråt støbejern mht. styrke og klang. Det vigtige her er, at når man slår på Sg-jern, så synger det, mens gråt støbejern er helt dødt.

Af figur 7A-C ses det tydeligt ved sammenligning af figur 7A med figur 7B, at det kabinet med det indvendige mønster har mindre resonanstilbøjelighed end det uden mønster. Ved sammenligning med figur 7C med figur 7B ses det, at det kabinet, der er støbt i gråjern med mønster, fungerer klart bedre end det tilsvarende støbt i Sg-jern.

Af disse målinger kan det helt klart ses, at højtalerkabinettet med indvendigt mønster i gråt støbejern fungerer bedst og derfor er den optimale løsning.

Sammenfatning

Støbt lydgengivelse er et unik nyopfundet højtalerkoncept baseret på markedets bedste komponenter og et nyopfundet højtalerkabinetdesign, materialevalg og fremstillingsmetode. Se figur 5.

Det unikke ved opfindelsen er, at frembringelsen er baseret på, at kabinettet produceres i et og kun et produktionstrin ved anvendelsen af sandstøbeteknologien samtidig med, at man har en naturlig indvendig petruberende geometri, det reflekterer de højfrekvente lydbølger samtidig med, at den integrerede basrefleks lader højtaleren ånde frit.

Højtalerkabinettets geometriske udformning og materialevalg gør, at det er immunt over mekaniske vibrationer.

Det unikke ved denne opfindelse er, at gråt støbejerns lyddæmpende egenskaber og styrke er blevet anvendt til i et eneste produktionstrin at producere et højtalerkabinet med en indvendig geometri, der reflekterer de højfrekvente lyde på en sådan måde, at der ikke skabes resonans samtidig med, at den integrerede basrefleks sikrer, at højtalerenheden kan ånde, således at der skabes stående trykbølger.

Mechanical Properties of Gray Iron - Damping Capacity

The relative ability of a material to absorb vibration is evaluated as its damping capacity. The quelling of vibration by converting the mechanical energy into heat can be very important in structures and in devices with moving parts. Components made of materials with a high damping capacity can reduce noise such as chatter, ringing and squealing, and also minimize the level of applied stresses.

The exceptionally high damping capacity of gray cast iron is one of the most valuable qualities of this material. For this reason it is ideally suited for machine bases and supports, engine cylinder blocks and brake components. The damping capacity of gray iron is considerably greater than that of steel or other kinds of iron. This behavior is attributed to the flake graphite structure of the gray iron, along with its unique stress-strain characteristics. The relative damping capacity of several different metals is illustrated in the table

1. Damping capacity decreases with increasing strength since the larger amount of graphite present in the lower strength irons increases the energy absorbed. Larger cast section thicknesses increase damping capacity and inoculation usually decreases it. Heat treating can also have an appreciable effect on damping capacity.

Table 1. Relative Damping Capacity.

Material

White Iron:

Malleable Iron:

Ductile Iron:

Gray Iron, Fine Flake: Gray Iron, Course Flake: Steel:

Armco: Iron Aluminum:

2-4 * 10⁴ 8-15*10⁴ 5-20*10⁴ 20-100*10⁴ 100-500*10⁴ 4*10⁴ 5*10⁴ 0.4*10⁴

Natural Log Ratio of Successive Amplitude

Reference: http://www.atlasfdry.eom/grayiron-damping.htm#table4

Facts about Sound

Hvad er lyd?

Lyd er ganske små svingninger i lufttrykket, op og ned omkring atmosfærens tryk. Og små skal virkelig tages bogstaveligt. Selv for en lyd, der er så kraftig, at man skal bruge høreværn, svinger trykket kun ca. en hundredetusindedel af atmosfæretrykket. Altså svingninger op og ned mellem 0,99999 og 1,00001 gange atmosfæretrykket. Den svageste lyd vi kan høre, er på 0,0000000002 gange atmosfæretrykket.

Lydtryk og lydtryksniveau.

Lydtrykket beskriver lydens fysiske styrke, altså om den er kraftig eller svag. Måleenheden for lydtryk er Pascal - ligesom for barometerstanden. Pascal forkortes Pa. Den svageste hørbare lyd er cirka 0,00002 Pa, og en meget kraftig lyd er f.eks. 20 Pa. Ved dette kraftige lydtryk giver lyden anledning til smerte.

Det er besværligt at arbejde med lydtryk i Pascal på grund af de store forskelle i værdierne for kraftige og svage lyde. I stedet bruger man i praksis lydtryksniveau, som måles i enheden decibel (dB). De to eksempler vil omregnet til lydtryksniveau være 0 dB for den svageste hørbare lyd og 120 dB for den kraftige lyd.

Decibel skalaen er logaritmisk, og som en ekstra fordel, passer den bedre til vores opfattelse af lyd end den lineære Pascal skala. Som en tommelfingerregel kan man lige netop høre forskel i styrken på to lyde, hvis de har en forskel på 1 dB. En forskel på 3 dB er tydeligt hørbar, og hvis to lyde har en forskel på 10 dB, vil den ene lyde omtrent dobbelt så kraftig som den anden. Ved lave frekvenser sker den subjektive øgning af styrke dog hurtigere; ved 20-30 Hz skal der således kun ca. 5 dB til, før lyden opfattes som dobbelt så kraftig.

Frekvenser

Lydens tonehøjde er bestemt af, hvor hurtige svingningerne er. Man kalder det lydens frekvens, og den måles i Hertz, som forkortes Hz. Dybe toner har lave frekvenser (få Hz), høje toner har høje frekvenser (mange Hz).

De fleste lyde ligger mellem 20 Hz og 20000 Hz. Nogle gange kalder man det for det hørbare område. Udtrykket er dog ikke særlig velvalgt, fordi man faktisk godt kan høre frekvenser under 20 Hz, medens det er de færreste mennesker, der kan høre frekvenser helt op til 20000 Hz.

Lyd med frekvenser over 20000 Hz kaldes ultralyd, og lyd med frekvenser fra ca. 2000 Hz til 20000 Hz kaldes højfrekvente lyde. Lavfrekvente lyde er bastoner eller dybe buldrende lyde med frekvenser fra 20 Hz til ca. 200 Hz. Lyd med frekvenser under 20 Hz kaldes infralyd. Imellem de højfrekvente og lavfrekvente lyde har man mellemtonerne, hvor almindelig tale blandt andet er placeret. 1000 Hz kaldes også 1 kilohertz, forkortet kHz. 20000 Hz kan for eksempel også skrives som 20 kHz. Opdelingen af frekvensområdet er illustreret på figur 6A.

Den menneskelige hørelse

Den menneskelige hørelse er ikke lige god til at opfange lyde med forskellige frekvenser. Lavfrekvente lyde skal generelt være kraftigere end mellem- og højfrekvente lyde, før de bliver hørbare.

Man har undersøgt menneskers følsomhed overfor forskellige frekvenser ved at bestemme høretærskelen (dvs. grænsen for, hvor svage toner vi kan høre). Der findes en standard over høretærskelen for 18-25 årige normalthørende personer. Den er vist i figur 6B. I figuren er desuden vist med stiplet linie høretærskelen for infralydområdet. Denne er baseret på målinger med langt færre personer, og den er ikke standardiseret.

Det ses, at omkring 1 kHz er høretærskelen tæt ved 0 dB. Ved 3-4 kHz er tærsklen lavere, altså hører vi bedre ved disse frekvenser. Lad dig ikke distrahere af, at dB-værdierne her er negative. Der er ikke tale om negativ lyd eller anti-lyd, men lydens styrke er blot svagere end det(,) vi benævner som 0 på den logaritmiske akse. Ved høje frekvenser stiger kurven, svarende til, at vi har sværere ved at høre disse toner. Også ved lave frekvenser stiger tærskelen - endda endnu mere - altså hører vi dårligere her. Ved 100 Hz er tærskelen mere end 20 dB, og der skal næsten 80 dB til, før gennemsnitsmennesket kan høre en 20 Hz tone.

Høreevnen og dermed høretærskelen varierer fra person til person. Den standardiserede tærskel er beregnet som et gennemsnit over mange mennesker, og derfor vil nogle høre bedre og andre ringere.

De fleste ligger (inden for) et interval på ±10 dB, altså fra 10 dB under kurven til 10 dB over kurven. Allerede fra man er i tyverne, begynder hørelsen dog at forringes, og det går først og fremmest ud over evnen til at høre de høje frekvenser.

Claims (4)

1. KRAV

   1. Fremgangsmåde til fremstilling af et højtalerkabinet i et støbe materiale kendetegnet ved at højtalerkabinet fremstilles i en sandform til tilvejebringelse af en udvendig geometri samt ved en sandkerne til tilvejebringelse af en indvendig geometri, at højtalerkabinettet er helstøbt og fremstillet i et af følgende materialer: bronze, rustfrit stål, SG jern, aluminium eller fortrinsvis gråt støbejern, og at sandkernen tilvejebringer et indvendigt geometrisk mønster, som er et hexagonalt mønster, der er introvert/konkav eller extrovert/konveks, hvorved højtalerkabinettets færdigstøbte indvendige flade udgøres af hexagonale extroverte/konvekse eller introverte/konkave mønstre.
2. 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1 kendetegnet ved at en basrefleks fremstilles som en integreret del af højtalerkabinettet under fremstillingen af dette.
3. 3. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav kendetegnet ved at det færdigstøbte og helstøbte højtalerkabinet er støbt uden anden bearbejdning end tilvejebringelse af huller for montering af en diskantenhed og tilvejebringelse af huller for montering af en basenhed.
4. 4. Højtalerkabinet fremstillet ved fremgangsmåden ifølge krav 1-3 kendetegnet ved at højtalerkabinettets udvendige flade udgøres af 2 sammensatte sfæriske skaller fremstillet ud i et under støbeprocessen, at det valgte støbemateriale er gråt støbejern, samt at højtalerkabinettets indre flade udgøres af et hexagonalt mønster som er extrovert/konveks eller introvert/konkav.