EA000929B1

EA000929B1 - Громкоговоритель, выполненный в виде панели

Info

Publication number: EA000929B1
Application number: EA199800257A
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: DE69601647T2; AU703065B2; EP0847666B1; DK0847666T3; CN1195459A; RO119047B1; AU6881996A; JPH11512258A; CA2230701A1; EP0847666A1; DE69601647D1; ES2131409T3; EA199800257A1; ATE177281T1; HK1008650A1; WO1997009847A1

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к громкоговорителям и, более конкретно, к громкоговорителям, содержащим акустические излучательные элементы в виде панели.

Уровень техники

Из заявки Великобритании GB-A-2262861 на выдачу патента известен громкоговоритель в форме панели, содержащий:

резонансный многомодовый излучательный элемент, который представляет собой цельную слоистую панель структуры типа сэндвич, выполненную из двух наружных слоев материала с расположенной между ними сердцевиной, имеющей сотовую структуру, причем панель выполнена такой, что имеет отношение изгибной жесткости (В) во всех направлениях к третьей степени величины массы панели на единицу площади поверхности (мк), по меньшей мере, 10;

установочное средство, которое поддерживает панель или которое свободно крепит панель к несущему корпусу так, чтобы не гасить колебаний;

и средство электромеханического привода, соединенное с панелью, которое служит для возбуждения многомодового резонанса в панели излучателя под воздействием входного электрического сигнала в пределах рабочей полосы частот громкоговорителя.

Сущность изобретения

В вариантах осуществления настоящего изобретения использованы элементы, по своей сущности, структуре и конфигурации соответствующие в основном и/или в частности техническим решениям, описанным в одновременно рассматриваемой заявке РСТ № WO 97/09842 заявителя по настоящей заявке. Таким образом, такие элементы способны переносить и распространять входную энергию колебаний посредством поперечных волн в рабочей зоне (зонах), проходящей поперечно толщине, но не обязательно до кромок элемента (элементов), имеют конфигурацию с анизотропией или без анизотропии изгибной жесткости для распределения резонансных колебательных составляющих по указанной зоне (зонам) таким образом, чтобы достигалось благоприятное акустическое соединение с окружающим воздухом, и имеют заранее определенные предпочтительные местоположения или участки внутри указанной зоны для средств преобразователя, особенно активные или подвижные части которого влияют на активность акустических колебаний в указанной зоне (зонах), и к которому поступают сигналы, обычно электрические, соответствующие акустическому содержанию такой активности. В международной заявке № WO 97/09842 предусматривается использование таких элементов или в пассивных акустических устройствах без преобразователей, например, для реверберации, для акустической фильтрации или для акустического озвучивания пространства или помещения; или в активных акустических устройствах с преобразователями, например, в необыкновенно широком диапазоне источников звука или громкоговорителях, где подаваемые входные сигналы должны преобразовываться в указанный звук, или, например, в микрофонах, когда звук преобразуется в другие сигналы.

Настоящее изобретение в основном относится к активным акустическим устройствам в виде громкоговорителей. Элементы, описанные выше, здесь названы акустическими излучателями распределенного режима и раскрыты в упомянутой выше заявке РСТ и/или в настоящей заявке в качестве специфических элементов.

Изобретение относится к громкоговорителю, выполненному в виде панели и имеющему элемент, способный переносить и распространять входную энергию колебаний посредством поперечных волн, по меньшей мере, в одной рабочей зоне, проходящей поперечно его толщине, для распределения резонансных колебательных составляющих по указанной зоне, а также имеющему заранее определенные предпочтительные местоположения или участки в указанной зоне для преобразователя и преобразователь, установленный на указанном элементе в одном из указанных местоположений или участков, чтобы сообщать элементу колебания и вызвать его резонанс с образованием акустического излучателя, который при резонансе обеспечивает выработку акустического выходного сигнала. Новым является то, что громкоговоритель является также микрофоном и содержит второй преобразователь, установленный на элементе в одном из местоположений или участков, для выработки выходного сигнала под воздействием резонанса элемента, вызванного падающей на него акустической энергией. Элемент может быть установлен в окружающей его раме с помощью упругой подвески, расположенной между этим элементом и рамой. Элемент может содержать жесткую легкую панель, имеющую ячеистую сердцевину, заключенную между наружными слоями. Подвеска может крепиться к кромке панели. Первый и второй преобразователи могут быть полностью и исключительно установлены на излучателе. По меньшей мере два указанных вторых преобразователя могут быть установлены в заранее определенных предпочтительных местоположениях или участках на излучателе. Дополнительный преобразователь может быть обеспечен на излучателе в заранее определенном местоположении или участке, чтобы вырабатывать сигнал под воздействием резонанса излучателя, вызванного падающей на него акустической энергией, а также может быть предусмотрено средство для сравнения сигнала, вырабатываемого указанным дополнительным преобразователем, с сигналом (сигналами), вырабатываемым(и) указанным(и) вторым(и) преобразователем (преобразователями). Средство сравнения может содержать приемник и формирователь сигналов и средство вывода сигнала.

Изобретение раскрыто со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 - громкоговоритель распределенного режима, раскрытый в одновременно рассматриваемой международной заявке № WO 97/09842;

фиг. 2а - частичный разрез по А-А на фиг.

1;

фиг. 2b - увеличенное в масштабе поперечное сечение излучателя распределенного режима такого типа, который представлен на фиг. 2а, показывающее две альтернативные конструкции;

фиг. 3 - вариант осуществления микрофона громкоговорителя распределенного режима в соответствии с настоящим изобретением; и фиг. 4 - вид в аксонометрии пьезоэлектрического преобразователя.

На фиг. 1 представлен громкоговоритель (81) в виде панели такого типа, который раскрыт в одновременно рассматриваемой международной заявке № WO 97/09842, содержащий прямоугольную раму (1), несущую упругую подвеску (3), расположенную по внутренней периферии рамы и поддерживающую акустическую излучающую панель (2) распределенного режима. Преобразователь (9), например, такого типа, который подробно описан со ссылкой на одновременно рассматриваемые международные заявки № WO 97/09859; WO 97/09861; WO 97/09858, установлен полностью и исключительно на или в панели (2) в заранее определенном местоположении, задаваемом размерами Х и Y, причем это местоположение вычисляют, как описано в одновременно рассматриваемой международной заявке № WO 97/09842, чтобы прикладывать к панели изгибные колебания с целью заставить панель резонировать для излучения акустического выходного сигнала.

Преобразователь (9) управляется усилителем (10) сигнала, например, усилителем звуковой частоты, соединенным с преобразователем проводниками (28). Требования, касающиеся нагрузки и мощности усилителя, могут быть абсолютно обычными, такими же, как в обычных конусных динамиках, чувствительностью порядка 86-88 дБ/Вт в условиях нагрузки для помещения. Полное сопротивление нагрузки усилителя достигает 6 Ом, при мощности 20-80 Вт. Когда сердцевина панели и/или наружные слои выполнены из металла, они могут служить в качестве теплоотвода для отвода тепла от преобразователя и таким образом улучшения распределения энергии.

На фиг. 2а и 2b представлены частичные поперечные сечения громкоговорителя (81) по фиг. 1. На фиг. 2а представлено, что рама (1), подвеска (3) и панель (2) соединены посредством адгезионных (клеевых) соединительных швов (20). Подходящими материалами для рамы являются легкие обрамления, наподобие рамок для картин, отлитые под давлением из металла, например, из сплава алюминия, или пластмассы. Подходящими материалами для подвески являются упругие материалы, например пенорезина и пенопласты. Подходящими адгезивными средствами для соединительных швов (20) являются такие адгезивы, как эпоксидный клей, акриловый и циано-акрилатный клей.

На фиг. 2b в увеличенном масштабе показано, что панель (2) является жесткой легкой панелью, имеющей сердцевину (22), например, из жесткого пенопласта (97), то есть структурированного поливинилхлорида или сотовой матрицы (98), например матрицы из металлической фольги, пластика или подобного материала сотовой структуры с ячейками, расположенными поперек плоскости панели, заключенной между противоположными наружными слоями (21), например, из бумаги, картона, пластмассы, металлической фольги или листа. Когда слои выполнены из пластмассы, они должны быть армированы волокнами, например углерода, стекловолокном, материалом кевлар (зарегистрированный товарный знак (ЗТЗ)) или подобным материалом, с использованием известного метода увеличения их модулей.

Таким образом, материалы, использование которых предусматривается для наружных слоев и армирующих элементов, включают в себя углерод, стекло, кевлар (ЗТЗ) , номекс (ЗТЗ), то есть термостойкое волокно из арамидных полиамидов, например витые и переплетенные различным образом, а также бумагу, многослойную приклеенную бумагу, меламин (ЗТЗ) и различные синтетические пластмассовые пленки с высокими модулями, такие как милар (ЗТЗ), каптан(ЗТЗ) пластмассы на основе поликарбонатов, фенолов, сложных полиэфиров или подобные пластмассы, пластмассы, армированные волокнами, и т.д., и металлический листовой материал или фольга. Исследования жидкокристаллических полимерных термопластов показывают, что они могут успешно использоваться для литья под давлением, для получения сверхтонких слоев или оболочек небольшого размера, например, до 30 см диаметром. Этот материал сам по себе образует ориентированную кристаллическую структуру в направлении литья и предпочтительное ориентирование для хорошего прохождения энергии звуковых волн от точки посыла до периметра панели.

Кроме того, такой вид литья для этого вида термопластов и для других их видов позволяет с помощью литейного оборудования обеспечить регистрирующие признаки, такие как канавки или кольца, для точного размещения деталей преобразователя, например, привода и магнитной подвески. Кроме того, при использовании более слабых материалов для сердцевины, считается, что было бы целесообразно местами увеличить толщину наружного слоя, например, в зоне кольцевого пространства до 150% диаметра преобразователя, чтобы армировать эту зону и предпочтительно добавить энергию колебаний в панель. Таким образом с помощью более мягких пеноматериалов будет улучшена амплитудно-высокочастотная характеристика.

Материалы, предназначенные для образования слоя сердцевины, включают в себя изготовленные сотовые конструкции или гофрированные конструкции из листового сплава алюминия или фольги, кевлара (ЗТЗ), номекса (ЗТЗ), обычной бумаги или слоистой проклеенной бумаги и различные синтетические пластмассовые пленки, а также пенопласты, или целлюлозные материалы, даже аэрогельные металлы, если они имеют подходящую низкую плотность. Некоторые материалы, подходящие для слоя сердцевины, сами способны формировать свою оболочку при изготовлении и/или в другом случае имеют достаточную изгибную жесткость без образования слоистой структуры между двумя наружными слоями. Такой ячеистый материал, имеющий высокие рабочие характеристики, известен как Rohacell (ЗТЗ), и может подходить для изготовления панели источника излучения без наружных слоев. С практической точки зрения цель состоит в обеспечении общей легкости и жесткости, в частности, достижения оптимальных выполнений сердцевины и наружных слоев и переходов между ними.

Некоторые из предпочтительных составов панели имеют наружные слои из металла или сплава металла, или в качестве альтернативы, армирующий материал из углеродного волокна. Как тот, так и другой, а также конструкции, где используется сердцевина из сплава аэрогеля или сотовая металлическая структура сердцевины, будут иметь значительные радиочастотные экранирующие свойства, которые имеют существенное значение в некоторых случаях для обеспечения электромагнитной совместимости. Обычные громкоговорители, панельные или конусные, не имеют присущей им экранирующей способности для обеспечения электромагнитной совместимости.

Помимо этого, предпочтительные виды пьезо- и электродинамических преобразователей имеют незначительное электромагнитное излучение или магнитные поля рассеяния. Обычные громкоговорители имеют большое магнитное поле, распространяющееся на расстояние до 1 м, если не применяются специальные меры для экранирования.

Если важно сохранить экранирование, можно выполнить электрическое соединение с электропроводящими деталями соответствующей панели или можно использовать электропроводящий пеноматериал или подобный ему граничный слой для установки кромок.

Подвеска (3) может демпфировать или снижать амплитуду колебаний кромок панели (2), предотвращая избыточное движение панели в кромках. Кроме того, в качестве альтернативы, может быть применено дополнительное демпфирующее средство, например, накладки, приклеенные к панели в выбранных местах для амортизации или демпфирования избыточного движения, чтобы резонанс равномерно распределялся по панели. Накладки могут быть такими, какие обычно используются в корпусах обычных громкоговорителей, или могут быть выполнены из упругого или жесткого полимерного листового материала. Некоторые материалы, особенно бумага и картон, и некоторые виды сердцевины могут обладать свойствами самодемпфирования. Если необходимо, можно предусмотреть увеличение демпфирующего эффекта при изготовлении панелей, применяя клеевые составы, обеспечивающие соединение в упругом, а не в твердом состоянии.

Эффективное демпфирование предусматривает применение постоянных, предназначенных для этого средств в панели и ее листовом материале. Края и углы имеют особенное значение для основного режима колебаний и менее рассеянного низкочастотного режима колебаний в панелях. Крепление демпфирующих средств по кромкам панели целесообразно, так как ее указанный листовой материал целиком заключается в рамку, хотя их углы часто могут быть относительно свободными, например, для увеличения диапазона в области низких частот. Крепление может выполняться с помощью клеящих или самоклеящихся материалов. Другие виды демпфирования, особенно для более слабых воздействий и/или средних и высоких частот могут достигаться с помощью подходящей массы или масс, закрепляемых на листовом материале в заранее определенных вычисленных местоположениях на указанном участке.

Акустическая панель, описанная выше, работает в двух направлениях. Звуковая энергия, исходящая сзади, не имеет сколько-нибудь сильной фазовой зависимости от звуковой энергии, исходящей спереди. Поэтому имеются преимущества, заключающиеся в суммировании акустической мощности в помещении, получении звуковой энергии с равномерным распределением частот, снижении эффекта отраженной и стоячей волны, прекрасном воспроизведении естественного пространства и окружения в воспроизводимых звукозаписях.

Так как излучение от акустической панели в значительной степени ненаправленное, фазовая зависимость сигнала увеличивается при смещении от оси. Чтобы улучшить фокусировку паразитного стереофонического эффекта, расположение громкоговорителей, наподобие картин, на высоте стоящего человека дает преимущество, заключающееся в умеренном смещении от оси для сидящего слушателя, что оптимально улучшает стереофонический эффект. Подобно этому, треугольная левая/правая геометрическая форма относительно положения слушателя обеспечивает дополнительную угловую составляющую. Поэтому можно получить стереоэффект хорошего качества.

Для группы слушателей обеспечивается дополнительное преимущество по сравнению с воспроизведением от обычного громкоговорителя. Рассеянный характер звукового излучения, присущий акустической панели, дает уровень громкости звука, который не подчиняется закону обратных квадратов при увеличении расстояния от источника, расположенного в эквивалентной точке. Так как спад интенсивности с расстоянием значительно меньше, чем это определено законом обратных квадратов, следовательно, интенсивное поле панельного громкоговорителя обеспечивает превосходный стереофонический эффект для слушателей, находящихся в невыгодных местах, по сравнению с возможностями обычных громкоговорителей. Это происходит потому, что слушатель, находящийся не в центре, не испытывает воздействия сигнала от ближайшего громкоговорителя и вызванных этим, во-первых, избыточного увеличения громкости ближайшего громкоговорителя, а во-вторых, соответственно, снижения громкости более удаленного громкоговорителя.

Преимущество также заключается в том, что громкоговоритель представляет собой плоскую, легкую панель привлекательного вида, со звуком хорошего качества, где требуется только один преобразователь и не нужен кроссовер для разделения спектра звукового сигнала для обеспечения полного диапазона звучания от каждой диафрагмы панели.

На фиг. 3 представлена панель (2) распределенного режима согласно настоящему изобретению, например, такого типа, который представлен на фиг. 1 и 2, предназначенная для использования как в качестве громкоговорителя, так и в качестве приемника звука или микрофона, например, для использования в интерактивной среде. Хотя это и не показано на фиг. 3, но предполагается, что панель (2) установлена в окружающей ее рамке (1) и крепится к рамке посредством упругой подвески (3) таким образом, как представлено на фиг. 1 и 2. Рамка подвешена с помощью пары тросов (33), например, к потолку или стойке, установленной на полу (не показаны).

В панели возбуждается резонанс и распространяется акустический сигнал с помощью преобразователя (9) такого типа, который описан в международных заявках № WO 97/09859, WO 97/09861, WO 97/09858, который, в свою очередь, соединен с усилителем (10) и управляется им.

На панели также установлены два указанных вторых преобразователя (63) колебаний, которые могут быть выполнены пьезоэлектрическими преобразователями такого типа, который представлен на фиг.4, которые соединены параллельно и обеспечивают подачу сигнала на приемник и формирователь (65) сигнала, соединенный с выходом (66). Дополнительный преобразователь (63) колебаний, установленный на панели (2), являющийся преобразователем, например, такого типа, который представлен на фиг.4, непосредственно обеспечивает подачу сигнала на фильтр/коррелятор (64), выходной сигнал которого поступает на приемник и формирователь (65) сигнала для обеспечения коррекции сигнала.

На фиг. 4 представлен преобразователь (9) для панели (2) распределенного режима, выполненный в виде кристаллического дискообразного изгибного пьезоэлемента (27) , установленного на диске (118), например, из латуни, который приклеен к поверхности панели (2), например, адгезионной связью (20). При работе акустический сигнал, подаваемый на преобразователь (9) через выводы (28), заставляет пьезодиск (27) изгибаться и вызывать таким образом местную упругую деформацию панели (2), сообщая таким образом панели изгибные колебания.

Промышленная применимость

В соответствии с изобретением таким образом обеспечен простой громкоговоритель микрофон, например, для использования в интерактивной среде.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Громкоговоритель, выполненный в виде панели и содержащий акустический излучатель распределенного режима с преобразователем, возбуждающим в излучателе изгибные колебания, которые вызывают в излучателе резонанс, причем на указанном излучателе установлен, по меньшей мере, один дополнительный преобразователь, который вырабатывает сигнал в ответ на резонанс указанного излучателя, вызванный акустической энергией, падающей на указанный излучатель.
2. Громкоговоритель по п. 1 , отличающийся тем, что излучатель установлен в окружающей его раме с помощью упругой подвески.
3. Громкоговоритель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что излучатель содержит жесткую, легкую панель с ячеистой сердцевиной, заключенной между наружными слоями.
4. Громкоговоритель по пп.1-3, отличающийся тем, что содержит преобразователь (63), установленный на указанном излучателе и вырабатывающий сигнал в ответ на резонанс указанного излучателя, вызванный акустической энергией, падающей на указанный излучатель, а также средство для сравнения сигнала, вырабатываемого указанным преобразователем (63), с сигналом, вырабатываемым указанным дополнительным преобразователем или преобразователями.
5. Громкоговоритель по п.4, отличающийся тем, что средство сравнения содержит приемник и формирователь сигнала и средство вывода сигнала.