EA000858B1

EA000858B1 - Инерционный преобразователь колебаний

Info

Publication number: EA000858B1
Application number: EA199800254A
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: 2000-06-26
Also published as: NZ316558A; TR199800365T1; EP0847677A1; SK25598A3; DK0847677T3; ES2131958T3; BR9610428A; EA199800254A1; AU703198B2; IL123374A0; HUP9901393A3; EP0847677B1; HUP9901393A2; JPH11512256A; CA2229857A1; WO1997009861A1; RO119056B1; PL325246A1; ATE179045T1; DE69602102T2

Description

Область техники

Изобретение относится к преобразователям, а точнее к преобразователям колебаний для громкоговорителей, содержащих панелеобразные акустические излучательные элементы.

Предшествующий уровень техники

В патенте Великобритании GB-A-2262861 предложен панелеобразный громкоговоритель, содержащий:

резонансный многорежимный излучательный элемент, представляющий собой единую многослойную панель, образованную из двух поверхностных слоев материала с промежуточным сердечником в виде поперечной ячеистой структуры, при этом панель такова, что она имеет отношение жесткости (В) изгиба во всех направлениях к кубической степени массы панели на единицу площади поверхности (μ), составляющее по меньшей мере 10;

монтажное средство, которое удерживает панель или свободно крепит ее к несущему корпусу без демпфирования; электромеханическое средство возбуждения, подсоединенное к панели, которое служит для возбуждения многорежимного резонанса в излучательной панели в ответ на электромагнитный входной сигнал в пределах полосы рабочих частот громкоговорителя.

В патенте Франции FP-A-2569931 на имя SAWAFUJI раскрыты пьезоэлектрический вибратор и громкоговоритель, содержащий пьезопластину, нагруженную массой, расположенной вблизи от ее центра тяжести и подсоединенной к диафрагме громкоговорителя, подвергаемой колебаниям, посредством периферии пьезопластины.

Раскрытие изобретения

В вариантах осуществления настоящего изобретения используются элементы такого типа и с такими конструкцией и конфигурацией, которые в общем и/или специально могут быть получены посредством воплощения идей нашей одновременно рассматриваемой международной заявки РСТ № WO 97/09842 с той же самой датой подачи. При этом такие элементы обладают способностью выдерживать и распространять входную энергию колебаний посредством изгиба волн в рабочей зоне (зонах), проходящей поперечно толщине, часто, но необязательно, к краям элемента (элементов); им придается конфигурация с анизотропией или без анизотропии жесткости изгиба, чтобы компоненты колебаний в режиме резонанса распределялись по упомянутой зоне (по зонам) для благоприятной акустической связи с окружающим воздухом, при этом в упомянутой зоне имеются заданные предпочтительные места размещения или местоположения преобразовательного средства, в частности, его операционно активной или подвижной части (частей), эффективной в отношении акустической вибрационной активности в упомянутой зоне (зонах), и сигналов, обычно электрических, соответствующих акустическому содержанию такой вибрационной активности. В одновременно рассматриваемой международной публикации № WO 97/09842 с той же самой датой подачи говорится об использовании таких элементов в «пассивных» акустических устройствах без преобразовательных средств, например, для реверберации или для акустической фильтрации, либо для акустического «выражения» в пространстве или помещении, и в «активных» акустических устройствах с преобразовательными средствами, например, в имеющих необычайно широкий диапазон источниках звука или громкоговорителях, когда происходит подача входных сигналов, преобразуемых в звук, или в микрофонах при воздействии звука, преобразуемого в другие сигналы.

Это изобретение, в частности, касается активных акустических устройств в виде громкоговорителей.

Вышеупомянутые элементы здесь называются акустическими излучателями с распределенным типом колебаний и отличаются тем же, что и в вышеупомянутой РСТ заявке и/или иным образом, если в данном случае это специально предусмотрено.

Изобретение представляет собой инерционный преобразователь колебаний для возбуждения элемента, обладающего способностью выдерживать и распространять входную энергию колебаний посредством изгиба волн по меньшей мере в одной рабочей зоне, проходящей поперечно толщине, с тем, чтобы компоненты колебаний в режиме резонанса распределялись по упомянутой по меньшей мере одной зоне, при наличии заданных периферийных мест размещения или местоположений в пределах упомянутой зоны для преобразовательного средства, и наличии преобразователя, установленного на упомянутом элементе в одном из упомянутых мест размещения или местоположений для вызова колебаний элемента, чтобы обеспечить его резонанс, с формированием акустического излучателя, который в режиме резонанса создает акустический выходной сигнал, при этом преобразователь имеет пластинчатое пьезоэлектрическое средство изгиба, средство, расположенное по центру пластинчатого изгибающего средства, предназначенное для крепления изгибающего средства на элементе, подвергаемом колебаниям, причём устройство таково, что значительная часть изгибающего средства отстоит от элемента для перемещения относительно него, а к периферии изгибающего средства прикреплена масса. Монтажное средство может представлять собой легкий жесткий элемент. Пьезоэлектрическое изгибающее средство может иметь кристаллическую форму. Согласно другому аспекту изобретения оно может представлять собой громкоговоритель, отличающийся наличием элемента, обладающего способностью выдерживать и распространять входную энергию колебаний посредством волн изгиба по меньшей мере в одной рабочей зоне, проходящей поперечно толщине, с тем, чтобы компоненты колебаний в режиме резонанса распределялись по упомянутой по меньшей мере одной зоне, при наличии заданных периферийных мест размещения или местоположений в пределах упомянутой зоны для преобразовательного средства, и при наличии описанного выше преобразователя, установленного на упомянутом элементе в одном из упомянутых мест размещения или местоположений для колебаний элемента, чтобы обеспечить его резонанс, с формированием акустического излучателя, который в режиме резонанса создаст акустический выходной сигнал.

Краткое описание фигур

Изобретение поясняется посредством примера, схематически представленного на прилагаемых чертежах, на которых на фиг. 1 представлена схема, показывающая громкоговоритель с распределённым типом колебаний, который описан и заявлен в нашей одновременно рассматриваемой международной публикации WO 97/09842;

на фиг. 2а представлено частичное сечение по линии А-А на фиг. 1;

на фиг. 2b представлен увеличенный вид в поперечном сечении излучателя с распределенным типом колебаний, такого вида, который показан на фиг. 2а, причём представлены две альтернативных конструкции;

на фиг. 3 представлена схема варианта осуществления преобразователя.

Наилучшие варианты осуществления изобретения

Если обратиться к фиг. 1, то на ней показан панелеобразный громкоговоритель 81 такого типа, который описан и заявлен в нашей одновременно рассматриваемой международной публикации WO 97/09842 с той же самой датой, содержащий прямоугольную раму 1, несущую упругую подвеску 3 вокруг ее внутренней периферии, которая удерживает панель 2 звукового излучения с распределенным типом колебаний. Преобразователь 9, например, такой, который подробно описан в наших одновременно рассматриваемых международных публикациях WO 97/09859, WO 97/09861, WO 97/09858 с той же самой датой, целиком и полностью установлен на панели 2 или в ней в заданном месте, определяемом размерами X и Y, причем положение этого места вычисляется так, как описано в нашей одновременно рассматриваемой международной публикации WO 97/09842 с той же самой датой, с тем, чтобы возбудить изгибающие волны в панели, обуславливающие резонанс панели для излучения акустического выходного сигнала.

Преобразователь 9 приводится в действие усилителем 1 0 сигналов, например, усилителем звуковой частоты, соединенным с преобразователем посредством проводников 28. Загрузка усилителя и требования в отношении мощности могут быть вполне нормальными, подобно обычным акустическим системам диффузорного типа, при этом чувствительность составляет порядка 86-88 дБ/Вт в условиях нагружения в помещении. Полное сопротивление нагрузки усилителя преимущественно составляет 6 ом, а мощность управления составляет 20-80 Вт. Если сердечник панели и/или ее поверхностные слои выполнены из металла, они могут быть изготовлены таким образом, чтобы действовать в качестве теплоотвода от преобразователя, с тем, чтобы отводить тепло от обмотки двигателя преобразователя и таким образом улучшить управление мощностью.

На фиг. 2а и 2b представлены частичные типичные поперечные сечения громкоговорителя (81) согласно фиг. 1. На фиг. 2а показано, что рама 1 , подвеска 3 и панель 2 соединены друг с другом посредством соответствующих клеевых соединений 20. Приемлемые материалы для рамы включают в себя легкую окантовку, например, окантовку для картин из металла, полученного выдавливанием, например, из алюминиевого сплава или пластика. Приемлемые материалы подвески включают в себя упругие материалы, такие, как пенорезина или пенопласт. Приемлемыми клеящими материалами для соединений 20 являются эпоксидные, акриловые и цианоакрилатные и т. д. клеящие материалы.

На фиг. 2b в увеличенном масштабе показано, что панель 2 представляет собой жесткую и легкую панель, имеющую сердечник 22, например, из жесткого пенопласта 97, такого как поливинилхлорид с поперечными связями, или из ячеистой матрицы 98, т.е. сотовой матрицы из металлической фольги, пластика или тому подобного материала с ячейками, проходящими поперечно плоскости панели и охваченными противоположными поверхностными слоями 21 , например, из бумаги, картона, пластика или из металлической фольги, либо металлического листа. Если поверхностные слои выполнены из пластика, они могут быть усилены волокнами, например, из углерода, стекла, Кевлара (RTM) или подобного им материала способом, который сам по себе хорошо известен, с тем, чтобы увеличить их модуль упругости.

Таким образом, рассматриваемые материалы, поверхностного слоя и упрочняющие материалы включают в себя углерод, стекло, Кевлар (RTM), Номекс (RTM), то есть арамидные и т.д. волокна в различных слоях и тканях, а также бумагу, связанный бумажный слоистый материал, меламин и различные синтетические пластиковые пленки с высоким модулем упругости, такие как Майлар (RTM), Каптан (RTM), поликарбонат, фенопласт, полиэфир или взаимосвязанные с ним пластики, усиленные волокном и т. д., и металлический лист или фольгу. Исследование показателя Vectra жидкокристалличе5 ских полимерных термопластиков показывает, что они могут оказаться пригодными для формовки посредством литья под давлением с получением сверхтонких поверхностных слоев или оболочек небольшого размера, скажем, диаметром примерно до 30 см. Этот материал сам по себе формирует ориентированную кристаллическую структуру в направлении введения, с предпочтительной ориентацией для хорошего распространения утроенной энергии от точки возбуждения к периметру панели.

Кроме того, такая формовка этого и других термопластиков позволяет формовочному инструменту передавать расположение и характерные особенности, например, канавки и кольца, для точного размещения деталей преобразователя, например, обмотки двигателя и магнитной подвески. Подсчитано, что при несколько более слабых материалах сердечника было бы предпочтительно местами увеличить толщину поверхностного слоя, например, в определенной зоне или кольцевом пространстве до 150% диаметра преобразователя, с тем, чтобы усилить эту зону и полезным образом связать энергию колебаний с панелью. С помощью этих средств в случае более мягких вспененных материалов высокочастотная характеристика будет улучшена.

Рассматриваемые материалы слоя сердечника включают в себя изготовленные ячеистые структуры или рифления из листов или фольги, выполненных из алюминиевого сплава или из Кевлара (RTM), Номекса (РТМ), гладкой или документальной бумаги и различных синтетических пластиковых пленок, а также из вспененных пластиков или пенопласта, либо из целлюлозных материалов и даже из аэрогелевых металлов с приемлемо низкой плотностью. Некоторые приемлемые материалы слоя сердечника эффективно демонстрируют приемлемое самообразование поверхностного слоя при их изготовлении и/или, иначе говоря, обладают достаточной присущей им жесткостью для использования без слоистой структуры между поверхностными слоями. Известен обладающий высокими эксплуатационными свойствами ячеистый материал сердечника, имеющий торговое наименование «Rohacell», который может быть пригоден в качестве излучательной панели и который не имеет поверхностных слоев. В практическом отношении задача заключается в обеспечении предельных легкости и жесткости, приемлемых для получения конкретного результата, особенно включающего в себя оптимизацию благоприятных факторов, обеспечиваемых поверхностными слоями и сердечником, и переходами между ними.

В некоторых из предпочтительных композиций для панели используются поверхностные слои из металлов и металлических сплавов или, как вариант, упрочнение из углеродного волокна, как те, так и другие, а также конструкции со сплавом Аэрогель или сердечником с металлической ячеистой структурой, будут обладать существенным свойством в отношении экранирования радиочастот, что было бы весьма важно в некоторых случаях использования при электромагнитной совместимости. Обычной панели или громкоговорителю диффузорного типа не свойственна способность экранирования при электромагнитной совместимости.

Помимо предпочтительной формы пьезоэлектродинамических преобразователей, они имеют незначительное электромагнитное излучение или магнитные поля рассеяния. Обычные громкоговорители имеют значительные магнитные поля, протяженность которых доходит до 1 м, если не предприняты специальные компенсационные контрмеры.

Если в определенном случае важно сохранить экранирование, то может быть выполнено соединение с электропроводными частями соответствующей панели (DML) громкоговорителя с распределенным режимом или с электропроводной пеной, либо подобная поверхность раздела может быть использована для монтажа краев.

Подвеска 3 может демпфировать края панели 2 для предотвращения чрезмерного перемещения ее краев. Кроме того, либо в качестве варианта, может быть применено дополнительное демпфирование, например, в виде накладок, связанных с панелью в выбранных местах для демпфирования чрезмерного перемещения, с тем, чтобы обеспечить равномерное распределение резонанса по панели. Накладки могут быть выполнены из материала на основе битума, который, как правило, используют в обычных корпусах громкоговорителей, либо он может представлять собой упругий или жесткий полимерный листовой материал. Некоторые материалы, особенно бумага или картон, и некоторые сердечники могут быть самодемпфирующими. Если желательно, то демпфирование в конструкциях панели может быть усилено посредством применения адгезионных веществ, которые при отверждении становятся упругими, а не жесткими.

Упомянутое эффективное избирательное демпфирование предполагает определенное применение к панели, включая листовой материал тех средств, которые постоянно связаны с ней. Края и углы могут быть особенно важны для преобладающих и в меньшей степени распространяемых низкочастотных режимов колебаний панели. Фиксация демпфирующего средства по краям может быть полезна для того, чтобы панель совместно с ее упомянутым листовым материалом была полностью обрамлена, хотя углы часто могут быть относительно свободными, скажем, в случае желаемого расширения диапазона для работы на более низких частотах. Крепление может быть осуществлено посредством клеящих или самоклеящихся мате7 риалов. Другие формы полезного демпфирования/ особенно в отношении более тонких эффектов и/или средних и более высоких частот, могут быть обеспечены посредством соответствующей массы или масс, прикрепленных к листовому материалу в заданных эффективных средних локальных местах упомянутой зоны.

Акустическая панель, которая описана выше, представляет собой двухнаправленную панель. Звуковая энергия от задней стороны не имеет сильной фазовой взаимосвязи со звуковой энергией от передней стороны. Следовательно, в данном случае имеют место выгоды, заключающиеся в полном суммировании акустической мощности в помещении, равномерном распределении звуковой энергии по частоте, пониженных эффектах в отношении отраженных и стоячих волн, а также преимущество, состоящее в превосходном воспроизведении естественного пространства и окружающей среды в воспроизводимых записях звука.

Хотя излучение от акустической панели в значительной степени не является направленным, часть информации, связанной с фазой, на удалении от оси увеличивается. Для улучшенной фокусировки иллюзорного стереофонического отображения размещение громкоговорителей, подобно картинам, на обычной высоте стоящего человека сопоставимо с выгодой от умеренного внеосевого размещения для обычно сидящего слушателя, при этом обеспечивается оптимизация стереофонического эффекта. Подобным же образом треугольная левая/правая геометрия по отношению к слушателю обеспечивает дополнительный угловой компонент. Таким образом можно получить хороший стереоэффект.

По сравнению с воспроизведением обычного громкоговорителя в данном случае обеспечивается дополнительное преимущество для группы слушателей. Свойственный акустической панели характер распространения звукового излучения обеспечивает такую громкость звука, которая не подчиняется квадратичному закону инверсии для расстояния, касающегося эквивалентного точечного источника излучения. Поскольку падение интенсивности на расстоянии значительно меньше того, которое предполагается квадратичным законом инверсии, в случае расположения вне центра или неудачного расположения слушателей поле интенсивности звука панельных громкоговорителей обеспечивает превосходный стереофонический эффект по сравнению с обычными громкоговорителями. Это происходит вследствие того, что слушатель, который располагается не по центру, не испытывает неудобств из-за двойственной проблемы ввиду нахождения поблизости от ближнего громкоговорителя, во-первых, из-за чрезмерного повышения громкости от находящегося поблизости громкоговорителя, и из-за соответствующего уменьшения громкости от удаленного громкоговорителя.

Преимущество также заключается в получении плоского, легкого, панелеобразного громкоговорителя с приятным внешним видом и хорошим качеством звука, для которого требуется только один преобразователь и в котором отсутствует переход на всем звуковом диапазоне для каждой диафрагмы панели.

На фиг. 3 представлен вариант осуществления конструкции пьезоэлектрического преобразователя 9, в котором дискообразное пьезокристаллическое изгибающее средство 27 установлено по своему центру на одном конце легкого и жесткого цилиндрического блока 93 из жесткого вспененного пластика, который жестко закреплен в отверстии 20 в излучательной панели 2 с распределенным типом колебаний, например, посредством клеящего вещества, при этом упомянутый конец блока 93 выступает от лицевой поверхности панели 2, так что периферия 31 изгибающего средства 27 свободно подвешена, примыкая к лицевой поверхности панели 2. Кольцо 25 из пластика, например, из поливинилхлорида с минеральным заполнением, жестко крепится к периферии изгибающего пьезоэлектрического средства 27, с тем, чтобы добавить массу к свободной периферии этого изгибающего пьезоэлектрического средства. Таким образом, когда преобразователь возбужден акустическим сигналом, изгибающее пьезоэлектрическое средство 27 подвергается колебаниям и благодаря своей массе возбуждает изгибающие волны в панели 2, чтобы заставить панель войти в резонанс и испускать акустический выходной сигнал. Преобразователь 9 может быть покрыт сводчатым корпусом 26, который жестко крепится к панели 2, обеспечивая защиту преобразователя.

Claims

1. Преобразователь для возбуждения изгибных колебаний в акустическом излучателе, отличающийся тем, что содержит пластинчатый пьезоэлектрический изгибный элемент с расположенной по краю этого элемента массой и присоединенное к этому элементу в его центре средство для жесткого прикрепления этого элемента к акустическому излучателю распределенного режима таким образом, что элемент непосредственно не соприкасается с акустическим излучателем и имеет возможность осуществлять относительно него перемещения.

2. Преобразователь по п. 1, отличающий тем, что средство для жесткого прикрепления пьезоэлектрического изгибного элемента к акустическому излучателю представляет собой легкий, жесткий элемент.

3. Преобразователь по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит сводчатый корпус, расположенный поверх пьезоэлектрического изгибного элемента и жестко прикрепленный к акустическому излучателю.

4. Громкоговоритель с акустическим излучателем отличающийся тем, что содержит преобразователь по любому из пп. 1-3.