EA001720B1

EA001720B1 - Панелеобразный громкоговоритель

Info

Publication number: EA001720B1
Application number: EA199800172A
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: 2001-08-27
Also published as: EP0847665A1; AU703122B2; DE69602203T2; JPH11512257A; CA2230461A1; CN1195458A; EA199800172A1; HK1008649A1; RO119045B1; DK0847665T3; EP0847665B1; WO1997009846A1; DE69602203D1; AU6881896A; ES2132953T3; ATE179296T1

Abstract

Панелеобразный громкоговоритель содержит акустический излучатель распределенного режима, на котором установлены первый и второй преобразователи, которые работают в различных диапазонах частот и возбуждают в упомянутом акустическом излучателе изгибные колебания, вызывающие в излучателе резонанс с выработкой звука.

Description

Изобретение относится к громкоговорителям и, более конкретно, к громкоговорителям, содержащим панелеобразные акустические излучающие элементы.

Предшествующий уровень техники

В ОВ-Л-2262861 предложен панелеобразный громкоговоритель, содержащий:

резонансный многорежимный излучающий элемент, представляющий собой целостную слоистую панель, образованную двумя оболочками материала с разделительным сердечником с поперечной ячеистой конструкцией, при этом панель выполнена так, что отношение жесткости (В) при изгибе во всех направлениях к массе панели на единицу площади поверхности (μ) в третьей степени равно, по меньшей мере, 10;

монтажное средство, на которое опирается панель или которое прикрепляет к ней опорное тело свободным от демпфирования способом;

и средство электромеханического возбуждения, соединенное с панелью, которое служит для возбуждения многорежимного резонанса в излучающей панели в ответ на входной электрический сигнал внутри рабочей полосы частот громкоговорителя.

В И8-Л-3247925, заявитель Варнака, предложен громкоговоритель с резонансной панелью низкой частоты, установленный на раме и возбуждаемый электромеханическим преобразователем, установленным на раме.

Сущность изобретения

В вариантах выполнения настоящего изобретения используются элементы, сущность, структура и конфигурация которых определяется в целом и/или в частности нашей одновременно находящейся на рассмотрении заявкой РСТ № \νϋ 97/09842 от той же даты. Такие элементы выполнены с возможностью выдерживать и распространять входную колебательную энергию с помощью изгибных волн в рабочей области (рабочих областях), проходящих поперек толщины, часто, но не обязательно, к краям элемента (элементов); выполнены с или без анизотропии изгибной жесткости для обеспечения компонентов колебаний в резонансном режиме, распределенных по указанной области (указанным областям) благоприятно для акустической связи с окружающим воздухом; и имеют заданные предпочтительные места или зоны внутри указанной области для средств преобразователя, в частности его активной или движущейся части (частей), участвующих в создании акустических колебаний в указанной области (областях) и сигналов, обычно электрических, соответствующих акустическому содержанию таких вибраций. Области применения таких элементов указаны в находящейся одновременно на рассмотрении международной заявке № νθ 97/09842 от той же даты, например, в качестве пассивных акустических устройств или их составной части без применения средств преоб разователя, например, для реверберации или для акустической фильтрации или для акустического озвучивания пространства или помещения; а также в качестве активных акустических устройств или их составной части с применением средств преобразователя, например, в достаточно широком спектре источников звука или громкоговорителей, если на них поступает входной сигнал, предназначенный для преобразования в указанный звук, или, например, в микрофонах, если они подвергаются воздействию звука, который необходимо преобразовать в другие сигналы.

Это изобретение относится, в частности, к активным акустическим устройствам в виде громкоговорителей. Указанные выше элементы называются здесь акустическими излучателями с распределенным режимом и будут характеризованы как в указанной заявке РСТ и/или по другому, как здесь будет представлено.

Изобретение представляет собой панелеобразный громкоговоритель, имеющий элемент, содержащий жесткую легкую панель, выполненную с возможностью выдерживать и распространять входную колебательную энергию посредством изгибных волн, по меньшей мере, в одной рабочей области, проходящей поперечно толщине для создания компонентов колебаний в резонансном режиме, распределенных по указанной, по меньшей мере, одной области, и имеющую заданные предпочтительные места или зоны внутри указанной области для средств преобразователя, и имеющую первый и второй преобразователи, установленные на указанном элементе в двух из указанных мест или зон для возбуждения колебаний элемента, обуславливающих резонанс с образованием акустического излучателя, который обеспечивает выходной акустический сигнал при резонансе. Первый и второй преобразователи могут быть выполнены для работы в различных диапазонах частот. Излучатель может иметь ячеистый сердечник, расположенный между оболочками. Громкоговоритель может содержать раму, на которой устанавливается излучатель, и упругую подвеску, с помощью которой излучатель прикрепляется к раме. Рама может окружать излучатель, а упругая подвеска может быть прикреплена к кромке излучателя. Первый и второй преобразователи могут быть установлены полностью и исключительно на излучателе. Один из преобразователей может быть электромагнитным преобразователем. Один из преобразователей может быть пьезоэлектрическим преобразователем. Панелеобразный громкоговоритель может содержать второй элемент, выполненный с возможностью выдерживать и распространять входную колебательную энергию посредством изгибных волн, по меньшей мере, в одной рабочей области, проходящей поперечно толщине для создания компонентов колебаний в резонансном режиме, распределенных по указанной, по меньшей ме ре, одной области, и имеющий заданные предпочтительные места или зоны внутри указанной области для средств преобразователя, и имеющий преобразователь, установленный на указанном элементе в одном из указанных мест или зон для приведения элемента в колебательное движение с целью создания резонанса с образованием акустического излучателя, который обеспечивает выходной акустический сигнал при резонансе, при этом второй элемент установлен на или в первом указанном элементе, и упругая подвеска связывает первый и второй элементы. Второй элемент может быть установлен в отверстии в первом элементе. Второй преобразователь может быть установлен полностью и исключительно на втором элементе.

Краткое описание чертежей

Изобретение схематично изображено в качестве примера на прилагаемых чертежах, на которых показано:

фиг. 1 - громкоговоритель с распределенным режимом согласно описанию и формуле изобретения нашей одновременно находящейся на рассмотрении международной заявки № νθ 97/09842;

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

фиг. 2Ь - разрез в увеличенном масштабе излучателя с распределенным режимом, показанного на фиг. 2а типа, с двумя альтернативными видами конструкции;

фиг. 3 - схематическое изображение первого варианта выполнения громкоговорителя с распределенным режимом согласно настоящему изобретению;

фиг. 4 - схематическое изображение второго варианта выполнения громкоговорителя с распределенным режимом согласно настоящему изобретению;

фиг. 5 - схематическое изображение третьего варианта выполнения громкоговорителя с распределенным режимом согласно настоящему изобретению;

фиг. 6 - схематическое изображение четвертого варианта выполнения громкоговорителя с распределенным режимом согласно настоящему изобретению;

фиг. 7 - схематическое изображение преобразователя в перспективе.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения

На фиг. 1 показан громкоговоритель 81 в форме панели согласно описанию и формуле изобретения нашей одновременно находящейся на рассмотрении международной заявки XVО 97/09842 с той же датой подачи, содержащий прямоугольную раму 1 с расположенной вокруг ее внутреннего периметра упругой подвеской 3, на которую опирается элемент в виде звуковой излучающей панели 2 с распределенным режимом. Преобразователь 9, описанный детально в наших одновременно находящихся на рассмот рении международных заявках νθ 97/09859, νθ 97/09861, νθ 97/09858 с той же датой подачи, установлен полностью и исключительно на или в панели 2 в заданном месте, определяемом размерами х и у, при этом место расположения рассчитано, как описано в нашей одновременно находящейся на рассмотрении международной заявке νθ 97/09842 с той же датой подачи, для создания изгибных волн в панели с целью приведения панели в резонанс для излучения выходного акустического сигнала.

Преобразователь 9 возбуждается усилителем 10 сигнала, т.е. низкочастотным усилителем, соединенным с преобразователем проводниками 28. Требования к нагрузке и мощности усилителя могут быть полностью нормальными, аналогично обычным диффузорным громкоговорителям, при этом чувствительность составляет примерно 86-88 дБ/Вт при условиях нагрузки замкнутым пространством. Полное сопротивление нагрузки усилителя является, в основном, активным сопротивлением, равным 6 Ом, допустимая мощность составляет 20-80 Вт. Если сердечник панели и/или оболочки изготовлены из металла, то они могут служить теплоотводом для преобразователя для отвода тепла от двигательной обмотки преобразователя и тем самым для увеличения допустимой мощности.

На фиг. 2а и 2Ь показаны типичные частичные поперечные сечения громкоговорителя 81 по фиг. 1. Как показано на фиг. 2а, рама 1, подвеска 3 и панель 2 соединены между собой соответствующими клеевыми стыковыми соединениями 20. Подходящим материалом для рамы является легкая рамка, например рамка для картины из экструдированного металла, а именно алюминиевых сплавов, или пластмассы. Подходящим материалом для подвески являются упругие материалы, как, например, пенорезина и пенопластик. Подходящими клеями для соединений 20 являются эпоксидный клей, акрильные и цианоакрилатные клеи и т. п.

На фиг. 2Ь в увеличенном масштабе показано, что панель 2 представляет собой жесткую легкую панель, имеющую сердечник 22, а именно из жесткого пенопласта 97, а именно перекрестно связанного поливинилхлорида, или ячеистую матрицу 98, т.е. сотовую матрицу из металлической фольги, пластика и т. п., с ячейками, проходящими поперек плоскости панели и заключенными в противолежащие оболочки 21, а именно из бумаги, кардной ленты, пластмассы или металлической фольги или листов. Если оболочки изготовлены из пластмассы, то они могут быть усилены волокнами, например углеродными, стеклянными или из Кевлара или т.п., известным самим по себе способом для увеличения их модуля.

Таким образом, пригодными для изготовления слоев оболочек и усилений материалами являются углерод, стекло, Кевлар, Номекс, т. е.

арамидные и т.д. волокна в различных слоях и переплетениях, а также бумага, многослойная бумага, меламин и различные синтетические пластмассовые пленки с высоким модулем, например Милар, Каптан, поликарбонатные, фенольные, полиэфирные и подобные пластмассы и усиленные волокном пластмассы и т.д., и металлические листы или фольга. Исследования показателя Вектра жидкокристаллических полимерных термопластиков показывают, что они могут быть пригодны для литья под давлением ультратонких оболочек или корпусов меньшего размера, например до 30 см в диаметре. Этот материал сам образует ориентированную кристаллическую структуру в направлении инжекции, что является предпочтительной ориентацией для хорошего распространения энергии верхних звуковых частот от точки возбуждения к периметру панели.

Кроме того, такое формование этих и других термопластиков позволяет располагать в форме средства для указания положения, например канавки или кольца, для точного расположения частей преобразователя, а именно, двигательной обмотки и опор магнита. Кроме того, для некоторых более слабых материалов сердечника рассчитано, что будет предпочтительным увеличить локально толщину оболочки, а именно, на площади или в круге с диаметром, равным 150% диаметра преобразователя, с целью усиления этой области и лучшей передачи колебательной энергии в панель. При этом чувствительность на высоких частотах может быть улучшена с помощью более мягких пеноматериалов.

Пригодными материалами для слоев сердечника являются ячейки или гофры, изготовленные из листов алюминиевых сплавов или пленки, или Кевлара, Номекса, простой или многослойной бумаги, и различные пленки из синтетических пластмасс, а также увеличенные в объеме или вспененные пластмассы или волокнистые материалы и даже аэрогельные металлы, если они имеют достаточно низкую плотность. Некоторые подходящие для изготовления слоя сердечника материалы проявляют полезный эффект самообволакивания при их изготовлении и/или имеют достаточную внутреннюю жесткость для использования без наслоения слоев сердечника. Высокоэффективный ячеистый материал для сердечника известен под торговой маркой Рохацелл (РойассИ). который может быть пригодным для изготовления панели излучателя и который не имеет оболочки. Практически, необходима общая легкость и жесткость, подходящая для частной цели, включая оптимизацию вкладывания слоев сердечника и оболочки, а также переходов между ними.

В нескольких из предпочтительных вариантов выполнения панели используются оболочки из металла и металлических сплавов или в качестве альтернативы усиление углеродным волокном. Они, а также конструкции с использованием аэрогенных сплавов или сердечников с металлическими сотами имеют свойства значительного экранирования радиочастот, что важно в ряде применений с учетом электромагнитной совместимости. Обычные панельные или диффузорные громкоговорители не обладают присущим им эффектом экранирования электромагнитных излучений.

Кроме того, предпочтительные формы пьезоэлектрических или электродинамических преобразователей имеют очень малое электромагнитное излучение или паразитные магнитные поля. Обычные громкоговорители имеют большие магнитные поля, распространяющиеся на расстояние до 1 м, если не приняты специальные компенсирующие контрмеры.

Там, где важно сохранить при применении экранирование, электрические соединения могут быть выполнены к проводящим частям соответствующей панели БМЬ или может использоваться электрически проводящая пена или аналогичная поверхность раздела для установки на краю.

Подвеска 3 может демпфировать кромки панели 2 для предотвращения чрезмерного перемещения кромок панели. Кроме того, или альтернативно к этому, может применяться дополнительное демпфирование, а именно в виде накладок, прикрепленных к панели в выбранных местах для демпфирования чрезмерного перемещения для равномерного распределения резонанса по всей панели. Накладки могут быть из материала на основе битума, которые широко применяются в обычных громкоговорителях, или могут быть из упругого или жесткого полимерного листового материала. Некоторые материалы, в особенности бумага и кардная лента, а также некоторые сердечники могут быть самодемпфирующимися. Там, где необходимо, можно увеличить демпфирование в конструкции панели за счет использования упругих клеев вместо жестких клеев.

Указанное селективное демпфирование включает в себя специальное применение к панели, включая ее листовой материал, средств, перманентно связанных с ней. Кромки и углы могут быть особенно важными для доминирующего и менее рассеянных низкочастотных режимов колебаний панели. Закрепление на кромках демпфирующих средств может с пользой управлять панелью, указанный листовой материал которой полностью заключен в рамку, хотя ее углы могут быть часто относительно свободными, например, для желательного расширения частотной характеристики в сторону более низких частот. Закрепление может производиться клеящими или самоклеящимися материалами. Другие виды полезного демпфирования, в частности, с целью достижения более тонких эффектов и/или средних и более высоких частот могут осуществляться с помощью подходящей массы или масс, прикрепляемых к предварительно определенным эффективным локализованным позициям указанной области.

Описанная выше панель является двунаправленной. Звуковая энергия с обратной стороны не имеет сильной связи с фазой звуковой энергии на лицевой стороне. Следовательно, возникает преимущество полного суммирования акустической мощности в помещении, звуковой энергии с равномерным распределением частот, уменьшенных эффектов отраженных и стоячих волн и преимущество превосходного воспроизведения естественного пространства и окружения при воспроизведении звуковых записей.

В то время как излучение акустической панели является, в основном, ненаправленным, процент связанной с фазой информации увеличивается вне осей. Для улучшенного фокусирования кажущегося стереофонического отображения расположение громкоговорителей, подобно картинам, на обычной высоте стоящего человека дает преимущество расположения умеренно вне осей для нормально сидящего слушателя, что оптимизирует стереоэффект. Аналогичным образом треугольное левое/правое расположение по отношению к слушателю обеспечивает дополнительную угловую составляющую. Таким образом можно получить хороший стереоэффект.

Кроме того, имеется дополнительное преимущество для группы слушателей по сравнению с воспроизведением обычными громкоговорителями. Внутренне присущая рассеянная природа излучения звука акустической панелью придает звуку объем, который не подчиняется закону обратной пропорциональности квадрату расстояния от эквивалентного точечного источника. Так как уменьшение интенсивности в зависимости от расстояния намного меньше, чем в соответствии с законом обратной пропорциональности квадрату расстояния, то, следовательно, для слушателей, расположенных вне центра, и неудобно расположенных слушателей поле интенсивности панельного громкоговорителя обеспечивает более сильный стереоэффект по сравнению с обычными громкоговорителями. Это объясняется тем, что расположенные не в центре слушатели не страдают от двойной проблемы, обусловленной близостью к ближе расположенному громкоговорителю: во-первых, от чрезмерного повышения громкости от ближайшего громкоговорителя и, во-вторых, от соответствующего ослабления громкости от более удаленного громкоговорителя.

Таким образом, плоские, легкие панельные громкоговорители имеют преимущества привлекательного внешнего вида, хорошего качества звука и наличия только одного преобразователя, а также отсутствия перекрестной модуляции во всем звуковом диапазоне от каждой панельной диафрагмы.

На фиг. 3 показан панелеобразный громкоговоритель 81, в целом аналогичный громкоговорителю по фиг. 1 и 2, в котором панель 2 с распределенными режимами выполнена, в целом, с прямоугольным отверстием 82 внутри ее границ, в котором установлена вторая излучающая звук панель 4 с распределенными режимами с упругой подвеской 3, расположенной между соответствующими панелями. Панель 4 выполнена так же, как и панель 2, т.е. с центральным сердечником 22, разделяющим оболочки 21. Панель 4 возбуждается ее собственным преобразователем 9, установленным полностью и исключительно на или в панели 4 в заданном месте для создания выходного акустического сигнала высокой частоты, в то время как панель 2 возбуждается отдельным преобразователем 9 для создания выходного акустического сигнала более низкой частоты, так что громкоговоритель может охватывать полный акустический спектр. Такое расположение может быть полезным, если потери в материале панели имеют склонность к ослаблению высоких частот. На каждой из панелей могут быть установлены более одного преобразователя для улучшения качества звучания.

На фиг. 4 показано, как можно приводить в резонанс панель 2 с распределенными режимами согласно настоящему изобретению показанного, например, на фиг. 1 и 2 типа, с помощью пары 70, 71 преобразователей. Меньший из преобразователей 70 является высокочастотным пьезоэлектрическим преобразователем, а именно показанного на фиг. 7 типа, а больший из преобразователей 71 является электродинамическим преобразователем, а именно согласно нашим находящимся одновременно на рассмотрении международным заявкам XVО 97/09859, АО 97/09861, АО 97/09858.

Преобразователи 70, 71 возбуждаются усилителем 10, подключенным параллельно к соответствующим преобразователям с промежуточным включением повышающего трансформатора 72 и согласующего сопротивления 73 в цепи пьезоэлектрического преобразователя, так как он требует относительно высокого напряжения. При необходимости могут использоваться более одного преобразователя 70 и/или преобразователя 71 для повышения качества звучания.

На фиг. 5 показано, как можно приводить в резонанс панель 2 с распределенными режимами согласно настоящему изобретению, а именно показанного на фиг. 1 и 2 типа, с помощью пары 70, 74 преобразователей, при этом преобразователь 70 является высокочастотным пьезоэлектрическим преобразователем, а именно показанного на фиг. 7 типа, и преобразователь 74 является низкочастотным пьезоэлектрическим преобразователем, а именно согласно нашей находящейся одновременно на рассмотрении международной заявке АО 97/09861. Позиция обозначает, что преобразователь 74 утяжелен дополнительной массой для увеличения его инерции. Преобразователи 70, 71 возбуждаются усилителем 10, с которым они включены параллельно, с промежуточным включением сопротивлений 78 для создания цепи разделения частот. При необходимости могут использоваться более одного преобразователя 70 и/или преобразователя 74 для повышения качества звучания.

На фиг. 6 показано, как можно приводить в резонанс панель 2 с распределенными режимами согласно настоящему изобретению, а именно показанного на фиг. 1 и 2 типа, с помощью пары 68, 69 электродинамических преобразователей согласно нашим находящимся одновременно на рассмотрении международным заявкам ШО 97/09859, ШО 97/09861, ШО 97/09858.

Преобразователь 68 является высокочастотным возбудителем и поэтому имеет низкую индуктивность, в то время как преобразователь 69 является низкочастотным возбудителем и поэтому имеет высокую индуктивность.

Преобразователи 68, 69 возбуждаются параллельно усилителем 10, с которым они включены параллельно, с включением конденсатора 77 в цепи преобразователя 68 в качестве делителя частот для направления большей части высокочастотного сигнала на преобразователь 68. При необходимости могут использоваться более одного преобразователя 68 и/или преобразователя 69 для повышения качества звучания.

На фиг. 7 показан преобразователь 9 для панели 2 с распределенными режимами в виде кристаллического дискового изгибного пьезодатчика 27, установленного на диске 118, например, из латуни, который прикреплен к поверхности панели 2, например, с помощью клеевого соединения 20. В работе акустический сигнал, подаваемый по проводникам 28 на преобразователь 9, приводит к изгибанию пьезоэлектрического диска 27 и тем самым к местной упругой деформации панели 2 для запуска изгибных волн в панель.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Панелеобразный громкоговоритель, отличающийся тем, что содержит акустический излучатель распределенного режима, на котором установлены первый преобразователь и второй преобразователь, возбуждающие в упомянутом акустическом излучателе изгибные колебания, которые, вызывая в акустическом излучателе резонанс, обеспечивают выработку звука, причем первый и второй преобразователи выполнены для работы в различных диапазонах частот.
2. Панелеобразный громкоговоритель по п.1, отличающийся тем, что акустический излучатель содержит ячеистый сердечник, заключенный между внешними слоями оболочки.
3. Панелеобразный громкоговоритель по п.2, отличающийся тем, что содержит раму, которая поддерживает акустический излучатель, и упругую подвеску, посредством которой излучатель соединен с рамой.
4. Панелеобразный громкоговоритель по п.3, отличающийся тем, что рама окружает акустический излучатель, а подвеска прикреплена к кромке излучателя.
5. Панелеобразный громкоговоритель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что первый и второй преобразователи установлены полностью и исключительно на акустическом излучателе.
6. Панелеобразный громкоговоритель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что один из преобразователей является электромагнитным преобразователем.
7. Панелеобразный громкоговоритель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что один из преобразователей является пьезоэлектрическим преобразователем.
8. Панелеобразный громкоговоритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что содержит второй акустический излучатель распределенного режима, установленный посредством упругой подвески на первом акустическом излучателе или в первом акустическом излучателе, причем на втором акустическом излучателе установлен преобразователь, возбуждающий в упомянутом втором акустическом излучателе изгибные колебания, которые, вызывая в акустическом излучателе резонанс, обеспечивают выработку звука.
9. Панелеобразный громкоговоритель по п.8, отличающийся тем, что второй акустический излучатель установлен в отверстии в первом акустическом излучателе.
10. Панелеобразный громкоговоритель по п.8 или 9, отличающийся тем, что второй преобразователь установлен на полностью и исключительно на втором акустическом излучателе.