EA002109B1 - Громкоговоритель, содержащий панелеобразный акустический излучающий элемент - Google Patents

Abstract

Подвесная потолочная плита, включающая в себя громкоговоритель, содержащий акустический излучатель распределенного режима, выполненный в виде панели с ячеистым сердечником, заключенным между двумя внешними слоями, и преобразователь, установленный на излучателе для возбуждения в нем изгибных колебаний, вызывающих резонанс с обеспечением звукового выходного сигнала.

Description

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

Предшествующий уровень техники

В ОВ-А-2262861 предложен панелеобразный громкоговоритель, содержащий резонансный многорежимный излучающий элемент, представляющий собой целостную слоистую панель, образованную двумя поверхностными слоями материала с разделительным сердечником в виде поперечной ячеистой структуры, 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.

Для распределения звука широко используются громкоговорители в стандартной модульной форме, взаимозаменяемой с коммерческими потолочными плитами, обычно формата 600х600 мм, с целью равномерного распределения речи и музыки по большой площади. Для такого применения в настоящее время стали применять некоторые обычные возбудители с подвижной катушкой и производные панелей. В существующей технике используют диффузорные громкоговорители с подвижной катушкой, встроенные в рамы и акустические экраны. В то время как их обычно используют для снижения стоимости и из-за их доступности, они имеют недостаток наличия существенно перевозбужденной зоны (чрезмерная интенсивность звука) и зависящих от направления эффектов и вследствие этого недостаточной разборчивости речи вне осей. Необходимо много блоков для равномерного перекрытия больших площадей.

В другой известной разработке используют диффузорный громкоговоритель, в котором диффузор представляет собой полистироловую структуру с плоской лицевой поверхностью, которая может быть окрашена. Здесь комбинация из дополнительных возбудителей с подвижной катушкой, установленных на их диафрагмах, при этом последние выполнены конструктивно так, что они акустически сжимаются с увеличивающейся частотой, может обеспечить более широкую диаграмму направленности, чем обычные диффузорные громкоговорители. Такие блоки громкоговорителей с полистироловой пеной требуют монтажные рамы и акустические экраны для их установки.

В И8-А-4506117 фирмы Мультифони раскрыта подвесная потолочная панель, снабженная электроакустическим преобразователем, имеющим металлическую опорную плиту, с помощью которой он соединен в единое целое с панелью.

Раскрытие изобретения

В вариантах выполнения настоящего изобретения используются элементы, природа, структура и конфигурация которых определяется в целом и/или в частности в нашей одновременно находящейся на рассмотрении заявке РСТ № \¥О 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 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 (указанных областей) 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 колебаний. Области применения таких элементов указаны в находящейся одновременно на рассмотрении международной заявке № XVО 97/09842, например, в качестве пассивных акустических устройств или их составной части без применения средств преобразователя, 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, применяемых в подвесной потолочной плите.

Указанные выше элементы называются здесь излучателями в распределенном режиме и будут охарактеризованы как в указанной заявке РСТ и/или по-другому, как здесь будет описано.

Изобретение представляет собой подвесную потолочную плиту, включающую в себя громкоговоритель, отличающуюся тем, что плита содержит элемент, выполненный с возмож ностью выдерживать и распространять входную колебательную энергию посредством изгибных волн в, по меньшей мере, одной рабочей области, проходящей поперечно толщине для обеспечения компонентов колебаний в резонансном режиме, распределенных по указанной, по меньшей мере, одной области, и имеет заданные предпочтительные места или зоны внутри этой области для средств преобразователя, при этом преобразователь полностью и исключительно установлен на указанном элементе на одном из указанных мест или зон для возбуждения колебаний в элементе, обуславливающих резонанс с образованием акустического излучателя, который обеспечивает выходной акустический сигнал при резонансе. Подвешенная потолочная плита может быть характеризована тем, что элемент содержит ячеистый сердечник, а именно из пенистой пластмассы, с поверхностными слоями с высоким модулем. Упругая подвеска может быть расположена по периметру излучателя для подвески излучателя в подвешенной потолочной раме. Преобразователь может быть инерционным преобразователем колебаний.

Краткое описание чертежей

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

фиг. 1 - громкоговоритель с распределенными режимами согласно описанию и формуле изобретения нашей одновременно находящейся на рассмотрении международной заявки № XV О 97/09842;

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

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

фиг. 3а - вид в перспективе помещения, имеющего подвесной потолок;

фиг. 3Ь - вид сбоку в поперечном разрезе громкоговорителя согласно настоящему изобретению в виде потолочной плиты.

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 (наш № Р. 5711) с той же датой подачи, содержащий прямоугольную раму 1, несущую упругую подвеску 3 вокруг внутреннего периметра, которая поддерживает звуковую излучающую панель 2 с распределенными режимами. Преобразователь 9, описанный детально в нашей одновременно находящейся на рассмотрении международной заявке (наш № Р. 5683/4/5) 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 (наш № Р. 571) 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. звуковым 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 поверхностные слои 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 являются рамы с небольшим весом, например, картинные рамы 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 поперечно 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 поверхностные слои 21, а именно из бумаги, кардной ленты, пластмассы или металлической фольги или листов. Если поверхностные слои изготовлены из пластмассы, то они могут быть усилены волокнами, например, углеродными, стеклянными или кевларовыми или т.п. известным самим по себе способом для увеличения их модуля.

Таким образом, пригодными для изготовления поверхностных слоев 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 моду лем, 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 литьевого формования ультратонких поверхностных слоев 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 утроенной энергии от точки возбуждения к периметру панели.

Кроме того, такое формование этих и других термопластиков позволяет формовочному инструменту передавать положение и характерные особенности, например канавки или кольца, для точного расположения частей преобразователя, а именно двигательной обмотки и магнитной подвески. Кроме того, для некоторых более слабых материалов сердечников рассчитано, что будет предпочтительным увеличить локально толщину поверхностного слоя, 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. Чувствительность на высоких частотах может быть улучшена с помощью более мягких пеноматериалов.

Пригодными материалами для слоев сердечника являются изготовленные из листов алюминиевых сплавов или пленки, или Кевлара, Номекса, простой или многослойной бумаги соты или гофры 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 проклеивания слоев сердечника. Высокоэффективный ячеистый материал для сердечника известен под торговой маркой Рогацелл (РойассИ). который может быть пригодным для изготовления панели излучателя и который не имеет поверхностного слоя. Практически необходима общая легкость и жесткость, подходящая для частной цели, а именно: включая оптимизацию вклада слоев сердечника и поверхностного слоя, а также переходов между ними.

Имеются различные преимущества у панелей, изготовленных с применением поверхностных слоев из металла и металлических сплавов, а также изготовленных с усилением углеродным волокном. Они, а также конструкции с использованием аэрогельных сплавов или сердечников с металлическими сотами имеют свойства зна чительного экранирования радиочастот, что важно в ряде применений с учетом электромагнитной совместимости. Обычно 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 экранировку, электрические соединения могут быть выполнены к проводящим частям соответствующей панели ЭМЬ или может использоваться электрически проводящая пена или аналогичный интерфейс 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, приклеенных 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 специальные нанесения на панель, включая ее листовой материал, средств, перманентно связанных с ней. Кромки и углы могут быть особенно важными для доминирующих и менее рассеянных низкочастотных режимов колебаний панели. Закрепление на кромках демпфирующих средств может быть полезным для создания панели, указанный листовой материал которой полностью заключен в рамку, хотя ее углы могут быть 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 не направленным, 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 нормального сидящего слушателя, что оптимизирует стереоэффект. Аналогичным образом треугольное левое/правое расположение по отношению к слушателю обеспечивает дополнительные угловые составляющие. 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 квадрата расстояния от эквивалентного точечного источника. Так как уменьшение интенсивности в зависимости от расстояния намного меньше, чем в соответствии с законом обратной пропорциональности квадрата расстояния, то следовательно для слушателей, расположенных вне центра и плохо 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, чрезмерного повышения громкости от ближайшего громкоговорителя и, во-вторых, соответствующего ослабления громкости от более удаленного громкоговорителя.

Таким образом, плоские, легкие панельные громкоговорители имеют преимущества привлекательного внешнего вида, хорошего качества звука и требуют только один преобразователь, а также отсутствия перекрестной модуляции во всем звуковом диапазоне с каждой панельной диафрагмы.

На фиг. 3 показана потолочная плита 36, предназначенная для укладки в решетчатой подвесной раме 99 для образования подвесного потолка и которая выполнена в виде громкого ворителя 81 по фиг. 1 и 2, содержащего жесткую, легкую, многорежимную резонирующую панель 2, имеющую сердечник 22, заключенный на обеих сторонах в поверхностном слое 21. Панель 2 установлена по ее периметру на упругой подвеске 3 из пенорезины, которая опирается на раму 99. Подвеска 3 может быть соединена с панелью 2 или рамой 99 с помощью клея, однако, соединение может обеспечиваться также только силой тяжести. На панели 2 установлен преобразователь 9 для возбуждения в панели изгибных волн и приведения ее в резонанс для создания акустического выходного сигнала. Преобразователь 9 может быть расположен на панели, как описано в нашей одновременно находящейся на рассмотрении международной заявке № XVО 97/09842.

В предпочтительном примере выполнения хорошего качества акустическая панель изготовлена из сердечника из вспененного полистирола с типичной плотностью 100 г/м³ с толщиной 8 мм, окруженного упроченной поверхностным слоем из алюминиевого сплава толщиной 0,1 мм. Мягкая пена или войлочная полоска толщиной примерно 3 мм укреплена по периметру для обеспечения частично упругого монтажа при размещении в потолочной раме и подавления возможных колебаний в потолочной секции рамы.

Предпочтительной формой выполнения возбудителя является инерционный преобразователь с одной подвижной катушкой диаметром 25 или 38 мм, полным сопротивлением 6 Ом, допустимой мощностью 40 Вт, при этом катушка прикреплена непосредственно к поверхности панели. Компактная чашечная магнитная система закрывает и герметизирует катушку и может быть также прикреплена непосредственно к панели через упругое развязывающее кольцо, имеющее соответствующие механические колебательные свойства и геометрическую стабильность.

В зависимости от применения, может быть изготовлена недорогая потолочная панель с сердечником из пенопласта в бумаге, обращенной к материалу доски, которая может иметь легкий слой алюминиевого сплава для задержки света, возбуждаемая недорогим пьезоэлектрическим возбудителем колебаний. Получают уменьшенный максимальный уровень звука, который, однако, более чем достаточен для персональных объявлений, наложения речи и трансляции музыки для фона. Достигается перекрытие больших площадей.

При применении металлических или углеродных проводящих поверхностных слоев или сердечников громкоговоритель может быть соединен с землей или заземлен для обеспечения экранирования электромагнитных излучений от установленных приборов.

Промышленная применимость

Громкоговоритель в виде потолочной плиты согласно настоящему изобретению не требует рамы, шасси или акустического экрана. Вся панель громкоговорителя выполнена как единое целое и может быть расположена как пассивная декоративная потолочная плита. Акустическая панель имеет относительно небольшой вес, что уменьшает потолочную нагрузку и облегчает монтаж. Ее можно простым способом сделать огнестойкой. Она может быть украшена, окрашена или заклеена обоями для того, чтобы она была невидимой при установке на потолке без существенного ухудшения акустических характеристик.

Незначительные повреждения не ухудшают работу, как это имеет место при повреждении диафрагмы диффузорных громкоговорителей, которые очень хрупкие. Большим преимуществом является также распределение звука, создаваемое акустической панелью громкоговорителя. Обеспечиваемая им высокая разборчивость с большим углом перекрытия означает, что при установке в больших помещениях может быть достигнуто отличное качество звука с числом громкоговорителей, составляющим примерно половину числа обычных громкоговорителей, что значительно экономит средства на установку.

Claims (5)

1. Подвесная потолочная плита, содержащая громкоговоритель, отличающаяся тем, что громкоговоритель содержит акустический излучатель распределенного режима, выполненный в виде панели с ячеистым сердечником, заключенным между двумя внешними слоями, причем на излучателе установлен преобразователь, возбуждающий в упомянутом излучателе изгибные колебания, которые, вызывая в излучателе резонанс, обеспечивают выработку звука.

2. Подвесная потолочная плита по п.1, отличающаяся тем, что содержит раму, окружающую излучатель, и упругую подвеску, крепящую излучатель в раме.

3. Подвесная потолочная плита по п.1 или 2, отличающаяся тем, что внешние слои имеют высокий модуль.

4. Подвесная потолочная плита по п.3, отличающаяся тем, что ячеистый сердечник выполнен из пенопласта.

5. Подвесная потолочная плита по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что преобразователь является инерционным преобразователем колебаний.