EA000376B1

EA000376B1 - Преобразователь колебаний

Info

Publication number: EA000376B1
Application number: EA199800248A
Authority: EA
Inventors: Генри Азима; Мартин Колломз; Нейл Харрис
Original assignee: Нью Трэнсдьюсерз Лимитед
Priority date: 1995-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 1999-06-24
Also published as: DE69601734D1; CZ57598A3; NZ316550A; AU6880896A; DK0847675T3; WO1997009858A1; CZ57698A3; EA199800248A1; EP0847675B1; DE69601734T2; PL325284A1; BR9610440A; ES2131956T3; JPH11512252A; EP0847675A1; IL123371A; TR199800369T1; ATE177583T1; IL123371A0; AU703061B2

Description

Изобретение относится к преобразователям и, главным образом, к преобразователям колебаний для громкоговорителей, включающих в себя акустические излучательные элементы в форме панели.

Известен предложенный в GB-A-2262861 громкоговоритель в форме панели, включающий в себя:

- резонансный многорежимный излучательный элемент, представляющий собой единую многослойную панель, образованную двумя поверхностными слоями материала с промежуточным сердечником с ячеистой поперечной структурой, в котором панель имеет отношение жесткости при изгибе (В) во всех направлениях к кубу массы панели на единицу площади поверхности (μ), равное, по меньшей мере, 10;

- монтажное средство, которое поддерживает панель или прикрепляет к ней несущий корпус свободным, недемпфируемым способом;

- и электромеханическое приводное средство, присоединенное к панели, которое служит для возбуждения многорежимного резонанса в излучающей панели в ответ на входной электрический сигнал в рабочем диапазоне частот громкоговорителя.

US-A-4,506,117 фирмы MULTIPHONIE раскрывает электроакустический преобразователь, содержащий инерционную массу, способную жестко крепиться своей плитой-основанием к панели, подвергаемой колебаниям.

Варианты осуществления настоящего изобретения используют элементы, которые имеют возможность поддерживать и распространять в рабочей области(ях) входную колебательную энергию посредством волн изгиба, распространяющихся поперечно толщине, часто, но не обязательно по направлению к краям элемента(ов); они конфигурированы с или без анизотропии жесткости изгиба так, чтобы составляющие резонансного режима колебаний были распределены по указанной(ым) области(ям) благоприятно для акустического взаимодействия с окружающим воздухом; они имеют в указанной области заданные предпочтительные положения или места размещения средства преобразования, в частности, его операционально активной(ых) или движущей(их)ся части(ей), эффективной(ых) по отношению к акустическому колебательному движению в указанной(ых) области(ях) и к сигналам, обычно электрическим, соответствующим акустической части этой колебательной энергии.

Это изобретение, в частности, касается активных акустических устройств в виде громкоговорителей. Вышеупомянутые элементы называются здесь акустическими излучателями распределенных колебаний.

Изобретение представляет собой преобразователь колебаний для возбуждения элемента, имеющего поверхность, и выполненного с возможностью поддерживать и распространять входную колебательную энергию, по меньшей мере, в одной рабочей области посредством волн изгиба, распространяющихся поперечно толщине, чтобы составляющие резонансного режима колебаний были распределены, по меньшей мере, по одной указанной области, и имеющего заданные преимущественные положения или места размещения средства преобразования внутри указанной области, и имеющего преобразователь, установленный на указанном элементе в одном из указанных положений или мест размещения, чтобы вызывать колебания элемента, обуславливающие его резонирование, тем самым, образуя акустический излучатель, который при резонансе обеспечивает акустический выход, содержащий узел двигательной обмотки, обмотка которого жестко прикреплена к трубчатому элементу, тогда как сам узел двигательной обмотки выполнен с возможностью установки на указанной поверхности элемента, и магнитный узел, имеющий противолежащие полюса в виде дисков, причем край одного из этих полюсов установлен так, чтобы располагаться внутри и вплотную к узлу двигательной обмотки, а край другого полюса образован в виде опоясывающего бортика, выполненного так, чтобы окружать и располагаться вплотную к узлу двигательной обмотки, в котором магнитный узел выполнен с возможностью крепления в своем центре к указанному элементу, подлежащему вибрации. Для крепления магнитного узла к элементу может быть предусмотрено средство крепления. Средство крепления может представлять собой зажим, выполненный с возможностью зацепления в полости элемента. Зажим может содержать прокладку для размещения краев полюсов на расстоянии от указанного элемента. Преобразователь колебаний может содержать дополнительные узлы обмотки возбуждения и магнитные узлы, выполненные с возможностью установки на противоположных поверхностях указанного элемента, и средство, связывающее центры магнитных узлов друг с другом для пушпульного действия. Таким образом, зажим может иметь головки на противоположных концах и выполнен с возможностью зацепления соответствующих магнитных узлов, зажим содержит пару зацепляемых друг с другом резьбовых частей и разделительное средство, предназначенное для размещения вплотную к зажиму и служащее прокладкой между соответствующими магнитными узлами и противоположными поверхностями указанного элемента.

С другой стороны, изобретение представляет собой громкоговоритель, отличающийся элементом, имеющим возможность поддерживать и распространять входную колебательную энергию, по меньшей мере, в одной рабочей области посредством волн изгиба, распространяющихся поперечно толщине, чтобы составляющие резонансного режима колебаний были распределены, по меньшей мере, по одной указанной области и имеющим заданные предпочтительные положения или места размещения внутри указанной области для средства преобразования и имеющий преобразователь колебаний, как описано выше, установленный на указанном элементе в одном из указанных положений или мест размещения, чтобы вызывать вибрацию элемента, обуславливающую его резонирование, образуя, тем самым, акустический излучатель, который при резонансе обеспечивает акустический выход.

Изобретение схематически иллюстрировано посредством примеров и сопутствующих чертежей, на которых:

фиг. 1 представляет собой схематическое изображение громкоговорителя с распределенным видом колебаний;

фиг. 2а - частичный разрез фиг. 1 по линии

А-А;

фиг. 2b - увеличенное поперечное сечение излучателя распределенного вида колебаний того же типа, что показанный на фиг. 2а, и демонстрирует две альтернативные конструкции;

фиг. 3 - схему первого варианта исполнения преобразователя согласно настоящему изобретению; и фиг. 4 - схему второго варианта исполнения преобразователя согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1 изображен громкоговоритель (81) в форме панели, представляющий собой прямоугольную раму (1), несущую упругую подвеску 3 по ее внутреннему периметру, которая поддерживает панель 2, излучающую звук в распределенном режиме. Преобразователь 9 установлен целиком и исключительно на или в панели 2 в заданном месте, определяемом координатами х и у, чтобы возбуждать волны изгиба в панели, обуславливающие резонирование и излучение акустического выхода.

Преобразователь 9 управляется усилителем сигнала 10, например, звуковым усилителем, соединенным с преобразователем проводниками 28. Требования к нагрузке и мощности усилителя могут быть вполне обычными, аналогичными тем, что применяются к традиционным громкоговорителям диффузорного типа, а чувствительность - порядка 86-88 dB/W в условиях загруженного помещения. Импеданс нагрузки усилителя в значительной степени является активным порядка 6 Ω, мощность регулируется в пределах от 20 до 80 W. Если сердечник панели и/или ее покрытие металлические, их можно использовать в качестве теплоотвода для преобразователя, чтобы отводить тепло от двигательной обмотки преобразователя и, таким образом, улучшить регулировку мощности.

Фиг. 2а и 2b представляют собой характерные частичные поперечные разрезы громкоговорителя 81 фиг. 1. Фиг. 2а показывает, что рама 1 , подвеска 3 и панель 2 соединены вместе соответствующими клеящими швами 20. В качестве рамы пригодна легкая окантовка, например, окантовка картин из штампованного выдавливанием металла, к примеру, алюминиевого сплава, или пластика. В качестве материалов для подвески подходят эластичные материалы, например, пенорезина или пенопласт. Для швов 20 пригодны клеи: эпоксидный, акриловый, циано-акриловый и др.

Фиг. 2b демонстрирует в увеличенном масштабе, что панель 2 является жесткой легкой панелью, имеющей сердечник 22, например, из жесткой пластиковой пены 97, например, поливинилхлорид с поперечной связью или ячеистая матрица 98, т.е. сотовидная матрица из металлической фольги, пластика и т.п., ячейки которой идут поперечно плоскости панели и закрываются противоположными покрытиями 21 из, например, бумаги, картона, пластика, металлической фольги или листа. Пластиковые мембраны могут быть усилены волокнами, например, углерода, стекла, Кевлара (RTM) и т.п., способом, который известен сам по себе, для увеличения их модуля упругости.

Предусмотрены материалы и усилители слоя покрытия такие, как углерод, стекло, Кевлар (RTM), Номекс (RTM), т.е. арамид и т.п. волокна разнообразного характера и плетения, кроме того, бумага, связанные бумажные ламинаты, меламин и различные синтетические пластиковые пленки с высоким модулем упругости, например, Милар (RTM), Каптан (RTM), поликарбонат, фенолик, полиэстер или родственные пластмассы, и пластмассы, усиленные волокнами, и т.п., а также металлический лист или фольга. Исследование показателя Вектра жидкокристаллических полимерных термопластиков показывает, что они могут быть полезны для инжекционного прессования сверхтонких покрытий или оболочек малого размера, например, до 30 см в диаметре. Этот материал сам создает кристаллическую структуру, ориентированную в направлении инжекции - преимущественную ориентацию для хорошего распространения тройной энергии от точки возбуждения к периметру панели.

Кроме того, подобное прессование того или иного термопластика позволяет формовочному инструменту наносить признаки для определения местоположения и совмещения, например, канавки или кольца для точной установки деталей преобразователя, например, обмотки двигателя и магнитной подвески. Кроме того, было подсчитано, что при использовании некоторых менее прочных материалов сердечника, было бы полезно локально увеличить толщину покрытия, например, в области или кольце до 150% диаметра преобразователя, чтобы усилить эту область и передавать с пользой колебательную энергию в панель. Таким образом, будет улучшена высокочастотная характеристика благодаря более мягким пеноматериалам.

Предлагаемые материалы слоя сердечника включают в себя штампованные соты или рифленые листы или фольгу из алюминиевого сплава или же Кевлар (RTM), Номекс (RTM), обычную или слоеную бумагу, различные синтетические пластиковые пленки, а также расширяющиеся или пенные пластики или измельченные материалы, даже аэрогелевые металлы - лишь бы они были достаточно низкой плотности. Некоторые материалы, подходящие для слоя сердечника, эффективно проявляют в процессе своего изготовления полезную способность самостоятельного образования покрытия и/или, другими словами, обладают достаточной собственной жесткостью, для использования без ламинирования между слоями покрытия. Для использования в излучающей панели может быть пригоден высококачественный ячеистый материал сердечника без покрытия, известный под торговым названием «Рохацелл» (Rohacell). На практике задачей является добиться предельной легкости и жесткости, удовлетворяющей требованиям частной задачи, в особенности, наличия оптимизирующего взаимодействия слоев сердечника и покрытия и переходов между ними.

В некоторых преимущественных конструкциях панели используются покрытия из металла или металлического сплава или же усиление посредством углеродных волокон. Оба эти, а также и конструкции со стержнем из ячеистого материала или сплава Аэрогель, способны существенно экранировать радиочастоты, что немаловажно для некоторых ЕМС применений. Обычным громкоговорителям панельного или конусообразного типа не свойственна способность к экранированию ЕМС.

Кроме того, предпочтительные формы пьезо- или электродинамических преобразователей имеют ничтожное электромагнитное излучение или рассеянные магнитные поля. Обычные громкоговорители имеют большое магнитное поле на расстоянии до 1 метра, если не предпринимать особые компенсационные контрмеры.

В случае применения, где важно поддерживать экранирование, может быть выполнено электрическое соединение с токопроводящими деталями соответствующей DML панели или для установки края может быть использована токопроводящая пена или аналогичное средство контакта.

Подвеска 3 может демпфировать края панели 2 для предотвращения чрезмерного краевого движения панели. Дополнительно или альтернативно, можно применить добавочное демпфирование, например, перемычки, прикрепленные к панели в выделенных положениях, чтобы демпфировать избыточное движение с целью равномерного распределения резонанса по панели. Перемычки могут быть выполнены из материала на основе битума, как обычно делается в корпусе обычного громкоговорителя, или могут быть из эластичного или жесткого полимерного листового материала. Некоторые материалы, особенно, бумага и картон, а также некоторые сердечники могут быть самодемпфирующими. При необходимости демпфирование можно усилить, используя в конструкции панели упруго скрепляющий клей вместо жестко скрепляющего клея.

Чтобы указанное избирательное демпфирование было эффективным, необходимо использование в панели, включая ее листовой материал, специального средства, неразрывно связанного с ней. Края и углы панелей могут быть чрезвычайно важны для главного и менее рассеянных режимов низкочастотных колебаний. Поперечное закрепление демпфирующего средства может быть полезно для панели, в которой указанный листовой материал полностью заключен в раму, хотя ее углы часто могут быть относительно свободными, например, для требуемого натягивания их при работе на более низких частотах. Прикрепление можно осуществлять с помощью клея или самоклеящихся материалов. Другие способы полезного демпфирования, особенно в применении к более тонким эффектам и/или для средних и высоких частот, могут осуществляться с помощью подходящей массы или масс, прикрепленных к листовому материалу в заданных эффективных локализованных срединных положениях указанной области.

Вышеописанная акустическая панель является двунаправленной. Звуковая энергия, излучаемая тыльной поверхностью, не сильно связана по фазе с энергией, излучаемой лицевой поверхностью. Это дает следующие преимущества: полное суммирование мощности звука в помещении, равномерное частотное распределение звуковой энергии, уменьшение эффектов отраженных и стоячих волн и великолепное впечатление естественного пространства и окружающей среды при воспроизведении звуковых записей.

Несмотря на то, что излучение акустической панели в высокой степени ненаправленное, доля фазово-связанной информации возрастает при удалении от оси. Размещение громкоговорителей подобно картинам на обычной высоте человеческого роста расширяет область стереовосприятия, что дает преимущество нормально сидящему слушателю, стремящемуся добиться наилучшего стереоэффекта, расположиться в умеренном удалении от оси. Кроме того, треугольник, образованный левой и правой колонками по отношению к слушателю, дает дополнительный угловой компонент. Таким образом, достигается хорошее стереозвучание.

По сравнению с воспроизведением посредством обычных громкоговорителей в данном случае имеется дополнительное преимущество для группы слушателей. Существенно рассеянная природа звукового излучения акустических панелей приводит к тому, что громкость звука не подчиняется закону обратных квадратов для расстояния до эквивалентного точечного источника. Поскольку интенсивность падает с расстоянием намного медленнее, чем то предписывает закон обратных квадратов, то соответственно для слушателей, находящихся вне центра в невыгодном положении, поле интенсивности, создаваемое панельными громкоговорителями, дает великолепный стереоэффект в сравнении с обычными громкоговорителями. Причина в том, что слушатель, находящийся вне центра, не сталкивается с проблемой удвоения, вызванного соседством с ближайшей колонкой; сначала слишком громкий звук, идущий от ближней колонки, а затем, соответственно, более тихий звук, идущий от второй колонки.

Несомненно, также является преимуществом плоского, легкого громкоговорителя, выполненного в форме панели, привлекательного с эстетической точки зрения, хорошее качество звучания, потребность только в одном преобразователе и отсутствие пересечений для полноты звучания от каждой мембраны панели.

Фиг. 3 демонстрирует вариант осуществления преобразователя 9 для возбуждения волн изгиба в жесткой легкой панели 2 излучателя с распределенным режимом, например, типа тех, что показаны на фиг. 1 и 2, состоящей из сердечника 22, заключенного между противоположными покрытиями 21, заставляющего панель резонировать.

Преобразователь представляет собой обмотку 13, жестко закрепленную, например, с помощью клея на внешней стороне каркаса 18 обмотки, который жестко связан с поверхностным покрытием 21 излучающей панели 2, например, посредством эпоксидного клея 16. Магнит 15 заключен между двумя полюсами 14, один из которых выполнен в форме диска, край которого расположен вплотную к внутренней поверхности каркаса (18) обмотки, а другой имеет опоясывающий бортик (90), служащий для окружения обмотки 13.

Магнитный узел, включающий в себя магнит 1 5 и полюса 1 4, установлен на панели 2 посредством крепления 93, выполненного, например, из металла или твердой пластмассы, который проходит через отверстие (29), выполненное сквозь панель 2. Крепление 93 представляет собой дополнительную пару резьбовых элементов 91, 92, каждый из которых имеет головку 95, одна из которых упирается во внешнюю поверхность преобразователя 9, а другая упирается в поверхность панели 2 со стороны, противоположной той, на которой установлен преобразователь. Прокладка 127 зажата между преобразователем 9 и панелью 2, чтобы отделить преобразователь от панели.

Преобразователь 9 на фиг. 3 управляет посредством локального упругого изгибания панели между креплением 93 и каркасом 18, когда акустический сигнал подается в преобразователь для возбуждения волн изгиба в панели с целью заставить ее резонировать.

Устройство преобразователя 9 фиг. 4 аналогично устройству, описанному на фиг. 3, за исключением того, что в этом варианте осуществления преобразователь содержит сопряженные пушпульные привода, того же вида, что и на фиг. 3, расположенные по разные стороны панели. Крепежный элемент 93 устроен так, чтобы проходить через отверстие 29 в панели 2, и связывать два преобразователя друг с другом и с панелью. Крепежный элемент 93 состоит из противоположных сопряженных деталей, каждая из которых выполнена с головкой 95, которая прижата по оси соответствующей пары преобразователя 9, чтобы скреплять привода друг с другом. Сопряженные детали крепежного элемента 93 скрепляются друг с другом посредством сопряженных резьбовых частей 94, 96. Крепежный элемент может быть выполнен из любого подходящего материала, например, пластика или металла.

В этом варианте осуществления преобразователь 9 жестко прижат к панели 2 посредством жестких прокладок 1 9, например, из твердого пластика, расположенных между панелью и полюсами 14, ближайшими к отверстию 29, что обеспечивает работу преобразователя, которая состоит в возбуждении волн изгиба в панели посредством локального упругого изгиба панели между прокладками и каркасом 1 8 обмотки.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Преобразователь (9) колебаний для возбуждения акустических колебаний в элементе панельного типа, содержащий узел (13, 18) двигательной обмотки, имеющий обмотку (13), жестко прикрепленную к трубчатому элементу (18), и выполненный с возможностью крепления к поверхности элемента (2), магнитный узел (15), имеющий противолежащие полюса (14) в форме дисков, край одного из которых установлен так, чтобы располагаться внутри и вплотную к узлу двигательной обмотки, а край другого полюса образован в виде опоясывающего бортика (90), выполненного с возможностью схватывания и расположения вплотную к узлу двигательной обмотки, причем магнитный узел выполнен с возможностью крепления в своем центре к элементу (2), подвергаемому колебаниям.
2. Преобразователь колебаний по п.1, отличающийся тем, что средство крепления (93) служит для крепления магнитного узла к элементу (2).
3. Преобразователь колебаний по п.2, отличающийся тем, что средство крепления (93) содержит зажим (91, 92), выполненный с возможностью зацепления в отверстии (29) элемента (2).
4. Преобразователь колебаний по п.3, отличающийся тем, что зажим (91, 92) включает в себя прокладку (127) для размещения краев полюсов на расстоянии от элемента (2).
5. Преобразователь колебаний по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что содержит сопряженные узлы двигательной обмотки (13, 18) и магнитные узлы (15), выполненные с возможностью установки на противоположных поверхностях элемента (2), и средство (93) крепления, соединяющее центры магнитных узлов (15) между собой для пушпульного действия.
6. Преобразователь колебаний по п.5, отличающийся тем, что зажим (91 , 92) содержит головки (95) на противоположных концах и выполнен с возможностью зацепления соответствующих магнитных узлов, причем зажим (91 , 92) содержит пару зацепляемых резьбовых частей (94, 96) и разделительное средство (1 9), выполненное с возможностью размещения вплотную к зажиму и служащее прокладкой между

Фиг. 1 соответствующими магнитными узлами и противоположными поверхностями элемента (2).
7. Громкоговоритель (81), отличающийся тем, что содержит элемент (2), выполненный с возможностью, по меньшей мере, в одной рабочей области поддерживать и распространять входную колебательную энергию посредством волн изгиба, распространяющихся поперечно толщине, чтобы составляющие резонансного режима колебаний были распределены, по меньшей мере, по одной указанной области, и имеющий внутри указанной области заданные предпочтительные положения или места размещения средства преобразования, и преобразователь колебаний по любому из предшествующих пунктов, установленный на указанном элементе (2) в одном из указанных положений или мест размещения, для вызова колебаний элемента, обуславливающих его резонирование, образуя акустический излучатель, обеспечивающий при резонансе акустический выход.