EA002498B1

EA002498B1 - Акустическое устройство, содержащее панельный элемент, основанное на действии изгибных волн

Info

Publication number: EA002498B1
Application number: EA200000830A
Authority: EA
Inventors: Генри Азима; Нейл Харрис; Биджан Джахансоузи
Original assignee: Нью Трэнсдьюсерз Лимитед
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2002-06-27
Also published as: JP2003522426A; AU2530799A; CA2317550A1; YU50700A; AU754279B2; NO20004012L; HUP0200496A2; TR200001916T2; WO1999041939A1; EP1055351B1; CN1157996C; ATE301381T1; CN1289523A; DE69926484T2; NO20004012D0; US6427016B1; AR018279A1; SK11922000A3; NZ505144A; BR9907812A

Abstract

Акустические устройства, основанные на действии изгибной волны в панельном элементе, особенно на распределении резонансных режимов такого действия изгибной волны и связанных акустически существенных поверхностных колебаниях по площади указанного панельного элемента, предпочтительных для требуемой или, по меньшей мере, приемлемой акустической характеристики устройства. Устройства соответствуют параметрам выбора указанного панельного элемента, влияющим на указанное распределение и включающим в себя конфигурацию/геометрию и/или изгибную жесткость(и) и/или местоположение(я) преобразователя(ей) изгибных волн в указанной области указанного панельного элемента, выбор осуществляют в соответствии с аналитической оценкой передачи мощности, относящейся к характеристике(ам) указанного панельного элемента, таким образом указанное соответствующее акустическое устройство и предметы для него соотносятся с достижением характеристик указанного акустического устройства.

Description

Изобретение относится к акустическим устройствам, обеспечивающим акустическое действие, основанное на изгибных волнах.

Уровень техники

Международная заявка РСТ/ОВ96/02145 (опубликованная ν097/09842) включает в себя описание сущности, структуры и конфигурации акустических панельных элементов, обеспечивающих возможность переносить и распространять энергию входных колебаний посредством изгибных волн в рабочей(их) области(ях), обычно (если не обязательно) распространяющихся поперечно толщине к краям элемента(ов). Подробный анализ проводился для различных специфических конфигураций панельных элементов с наличием или отсутствием направленной анизотропии изгибной жесткости в указанной(ых) области(ей) с тем, чтобы иметь компоненты колебаний резонансного режима, предпочтительным образом распределенные по указанной(ым) области(ям) для акустической связи с окружающим воздухом. Анализ охватывает заранее определенное(ые) предпочтительное(ые) местоположение(я) средства преобразователя в пределах указанной(ых) области(ей), особенно активной(ых) в работе, или его подвижной(ых) части(ей), эффективной(ых) по отношению к активности акустических колебаний в указанной(ых) области(ях), и сигналам, обычно электрическим, соответствующим акустическому содержимому такой колебательной активности. В вышеуказанной заявке РСТ рассмотрено также использование таких элементов или в пассивных акустических устройствах, то есть без средства преобразователя, например, для реверберации, или для акустической фильтрации, или для акустического озвучивания пространства или комнаты. Другие активные акустические устройства, то есть со средством преобразователя изгибных волн, включают в себя очень широкий диапазон громкоговорителей в качестве источников звука, когда на них подают входные сигналы, которые должны быть преобразованы в указанный звук, и также, например, микрофоны, когда на них воздействует звук, который должен быть преобразован в другие сигналы.

Международная заявка РСТ/6В98/00621 относится к распределению(ям) в панельном (панельных) элементе(ах) жесткости и/или массы не по центру(ам) масс и/или геометрическому (им) центру (ам). Это особенно (но не исключительно) предпочтительно для выгодного объединения поршневого акустического воздействия (что относится к известным громкоговорителям диффузорного типа) с акустическим действием изгибных волн, в основном, как в вышеуказанной опубликованной заявке РСТ. В особенности, местоположение(я) средства преобразователя и для поршневого действия, и для дей ствия изгибной волны может(гут) находиться в центре(ах) масс и/или геометрическом(их) центре(ах) (что в значительной степени соответствует поршневому действию), но также имеет(ют) основные свойства действия изгибных волн.

Настоящее изобретение явилось результатом предположения, что различные подходы, раскрытые в вышеуказанных заявках РСТ, к конструкциям и описаниям акустически предпочтительных элементов, обеспечивающих действие изгибных волн, отражают некоторую полезную концепцию/методологию, которая, очевидно, должна дать столь же хорошие или даже лучшие практические или даже более, чем практические, критерии конструкции/описания, возможно, включающие в себя другие предпочтительные конфигурации и местоположения преобразователя, прежде не определенные или иначе оцениваемые. Задачей настоящего изобретения является исследовать и получить такие результаты.

Сущность изобретения

Согласно первой общей заявленной совокупности признаков изобретения, способ и устройство/параметры панельного элемента, влияющие на действие изгибных волн, такие как конкретная конфигурация/геометрия относительно изгибной жесткости и/или местоположения(ий) преобразователя(ей) изгибных волн, находится (находятся) в соответствии со свойством, применяемым к анализируемой(ым) характеристике(ам), имеющей(им) отношение к передаче мощности, для соответствующего акустического устройства, причем такое свойство выгодно способствует приемлемому распределению и/или плотности и/или равномерности возбуждения акустически соответствующих резонансных режимов колебаний поверхности, вовлеченных в действие изгибной волны.

Было конкретно установлено, что желаемая эффективная плотность/распределение резонансного режима связана (связано) с мерой плавности передачи мощности для соответствующего акустического устройства; и использование и результаты такой корреляции для элементов акустической панели, использующих действие изгибной волны, составляют различные другие аспекты настоящего изобретения.

Лежащее в основе изобретения логическое объяснение или используемая концепция предполагает, что для активных акустических устройств как источников звука удовлетворительная акустическая характеристика рассматриваемых панельных элементов больше зависит от плавности выходной мощности, чем от традиционно рассматриваемой до настоящего времени плоскостности выходного сигнала в любом соответствующем/желаемом частотном диапазоне. Отклонения от плоскостности выходного сигнала фактически легко компенсируют согласованием подходящего электронного сигнала, в особенности, до тех пор, пока соответствующие отклонения выходного сигнала являются разумно сглаженными.

Потери энергии в панельных элементах и средствах преобразователя рассматриваемых акустических устройств сами по себе имеют тенденцию быть относительно малыми и умеренно сглаженными. Соответственно, с этой целью эффективность конструкции и описание устройства могут быть основаны на плавности передачи входной мощности, в частности, включая сюда геометрию конфигурацию, например аспекты соотношений, и местоположения преобразователя(ей) изгибных волн, например в виде пропорциональных координат.

Независимо от конкретных(ой) характеристики), включенных(ой) в оценку плавности передачи мощности, удобно и предпочтительно передачи входной мощности, практически должно рассматриваться отклонение от некоторого полезного условия, состояния или значения произвольной или относительной сущности. Таким образом, анализ относительно одинакового или единичного взвешивания любых рассматриваемых резонансных частотных режимов дает полезные результаты, как и анализ относительно среднего(их) значения(й). Однако выборочное регулирование взвешивания и т.д. также предполагается в качестве полезного усовершенствования, например, по меньшей мере, для крайних затрагиваемых модальных частот, особенно самых низких; и в целом осуществимо так или иначе.

Частотные режимы, касающиеся аналитической оценки или включенные в аналитическую оценку, могут быть получены в результате выполнения фактически возможного упрощения, такого как использование аналогий одномерной сущности, например, для воображаемых ортогональных лучей в направлениях, параллельных парам противоположных сторон, по существу, прямоугольных панельных элементов. Этот упрощающий подход отражает достигнутый успех, как это раскрыто в описании ^097/09842, включающем в себя первое соображение относительно количества резонансных режимов в каждом направлении луча и непосредственно связанных интерактивных режимах. Уточнения анализа относительно двумерных зависимостей более точно отражает сущности панельных элементов как таковых, включая в себя обнаружение и особенное принятие во внимание более взаимосвязанных резонансных модальных частот.

Предпочтительная(ые) указанная(ые) характеристика(и), имеющая(ие) отношение к передаче мощности для панельного элемента, включает(ют) в себя критерии для механического полного сопротивления (импеданса), например касающиеся среднеквадратичного отклонения с применением коэффициента сглаживания, скажем, равного 10%.

В некоторых специфических новых аспектах критерии для механического полного сопротивления используют в оценке передачи входной мощности, особенно для нахождения практических конфигураций и/или параметров/распределений жесткости панельных элементов для акустического воздействия, основанного на распределении резонансных режимов действия изгибных волн. Может иметь большое практическое значение первоначальное исследование известных подходящих положений преобразователя и представление результатов функционально, например графически, относительно различных соотношений геометрических размеров (коэффициентов формы) общей соответствующей геометрической формы при поиске минимумов отклонений.

В других специфических новых аспектах используют критерии для механического полного сопротивления, чтобы найти практические местоположения для преобразователя для конкретных желательных геометрий/конфигураций и/или распределений жесткости панельных элементов для акустического воздействия, задействующего изгибные волны, определенно и предпочтительно без ограничения панельными элементами, имеющими подходящую геометрию/конфигурацию, например доступную благодаря указанным некоторым новым аспектам. Может иметь большое практическое значение исследование одной переменной относительно других фиксированных для взаимосвязанных указателей местоположения области, например координат местоположения преобразователя, и представление результатов функционально, предпочтительно графически, при поиске минимального отклонения предпочтительно сглаженного механического полного сопротивления. Может также иметь большое практическое значение представление результатов данного исследования панельных элементов панели в виде поверхностного распределения механического полного сопротивления или его отклонения, например в виде контуров, чтобы указать экстремумы и градации между ними, и для которого имеется выбор, применить ли выбранные значения и/или нормализовать относительно них, или сделать не больше, чем сравнительные ступенчатые градации, чтобы указать, по меньшей мере, наилучшие и наихудшие местоположения, скажем, с шагом 10% или менее.

В других аспектах изобретения исследованы перспективные геометрические параметры для акустического воздействия, использующего изгибные волны, выполняя измерение механического полного сопротивления для перспективных местоположений преобразователя, причем такие перспективные геометрические параметры исследуют дополнительно по отношению к использованию таких перспективных местоположений преобразователя, причем такие исследования могут быть применены интеграль но/последовательно/рекурсивно для любой требуемой степени дальнейшего уточнения перспективных геометрических параметров и перспективных параметров местоположения преобразователя.

Для, по существу, прямоугольных панельных элементов ( в соответствии с анализом, затрагивающим суперпозицию функций лучей ортогонального типа, основанным на упрощении и на 10% критерии плавности для механического полного сопротивления) имеется подтвержденное и уточненное вычисление для известного предпочтительного коэффициента формы, конкретно равного 1:1,134, как описано в вышеуказанной опубликованной заявке РСТ, которое должно быть равно приблизительно 1,138:1, и уточненные пропорциональные координаты для местоположения преобразователя (4/9,3/7) должны быть приблизительно равны (0,440, 0,414). Дополнительно, исходя из, по существу, одинаковых координат местоположения преобразователя, в ходе исследований был обнаружен другой перспективный коэффициент формы, конкретно находящийся в диапазоне приблизительно от 1,41 до приблизительно 1,47. Практически, специальное исследование коэффициента формы 1,47 с местоположениями преобразователя, по существу, при положении(ях) пропорциональных координат (4/9,4/9) привело посредством совокупного уточнения к коэффициенту формы 1,41 и положениям координат преобразователя 0,455, 0,452; и, по существу, к выводу о том, что может существовать значительная взаимосвязь между этими коэффициентами формы от 1,41 до 1,47 и различными местоположениями преобразователя.

Специфический новый аспект заключается в том, что, по существу, прямоугольный панельный элемент (в качестве или в составе акустического устройства и основанный на действии изгибных волн) и, по существу, изотропный, что касается его изгибной жесткости, по меньшей мере, в двух направлениях, имеет коэффициент формы приблизительно от 1,41:1 до приблизительно 1,47:1; а другой специфический аспект изобретения заключается в том, что пропорциональная(ые) координата(ы) местоположения(й) преобразователя включает(ют) в себя, по существу, значения 0,453 и/или, по существу, 0,447.

Кроме того, два других достаточно перспективных коэффициента формы также появились из дальнейшего развития упрощенного анализа типа лучей, а именно приблизительно равный 1,6 и приблизительно равный 1,2 вместе с реально возможными местоположениями преобразователя в (0,41, 0,44) и (0,403, 0,406) соответственно; снова с ожиданием наличия полезных взаимосвязей между специфическими коэффициентами формы и специфическими местоположениями преобразователя.

Далее было установлено для целей данного изобретения, что, возможно, особенно для панельных элементов подходящих геометрий/конфигураций, включающих в себя такие изменения, о которых известно, что они являются результатом анизотропии изгибной жесткости, вышеуказанная достижимая высокая специфичность, касающаяся местоположений преобразователя, составляет уточненное определение в пределах более расширенных областей, которые являются в целом благоприятными в смысле местоположений преобразователя. Действительно, имеется значительная корреляция между размером таких областей, особенно средних, но смещенных относительно центра, для панельных элементов с изотропией изгибной жесткости и благоприятной геометрией/конфигурацией, т.е. между тем, что может быть названо действительно существенной высокой специфичностью и неблагоприятностью геометрии/конфигурации. По меньшей мере, для последнего может быть особенно предпочтительно использовать сопровождающий анализ посредством исследования выходной мощности частотным анализом и/или анализом конечных элементов (АКЭ), по меньшей мере, чтобы оценить модальность низких частот, скажем, как показывающую исходные положения для анализа местоположения преобразователя, например, выше (или ниже) и/или чрезмерно интрузивных резонансных режимов для предпочтительной коррекции посредством локализованной фиксации/демпфирования или для компенсации посредством согласования сигнала. Для предпочтительной, по существу, прямоугольной геометрии/конфигурации расположенные рядом с краем местоположения преобразователя, подходящие для использования, показаны на основе характеристик механического полного сопротивления/свойств.

Вышеуказанные альтернативные методики, использующие, по существу, двумерный анализ, в терминах механического полного сопротивления также, в целом, подтверждают эффективность вышеуказанных коэффициентов формы и местоположений преобразователя, включая в себя перспективные сравнительно дискретные и протяженные области, являющиеся или нет до настоящего времени преимущественными коэффициенты формы, таким образом, эффективность такой методологии и результаты с явным положительным качеством общей сущности, даже включающие в себя обратные подходы, идентифицируют особенно плохие области, которые следует избегать при размещении преобразователя, и/или малоперспективные коэффициенты формы (кроме того, способные показать возможно или вероятно подходящие для использования или наиболее достижимые по отдельности или в совокупности местоположений преобразователя в неблагоприятных конфигурациях).

Особый практический интерес вызывает то, что до настоящего времени известные наименее перспективные или наихудшие случаи большинства видов симметричной геометрии, такие как изотропия по отношению к изгибной жесткости в пределах квадратных или круговых границ, и, по существу, центрированные местоположения преобразователей продолжают обозначать как плохие совокупности и что более или самые перспективные местоположения преобразователя могут быть теперь идентифицированы как подходящие для использования, по меньшей мере, для возможно сравнительно ограниченных частотных диапазонов и откликов по выходу.

Новая методология и получаемые результаты могут учитывать граничные условия, изменяющиеся в пределах от свободных или только слегка демпфированных до более сильно демпфированных и ограниченных, включая в себя фиксированные (зажатые), для которых имеется теперь наибольшая перспектива, в любом случае, и практически предпочтительная относительно конкретной физической реализации и представления акустических устройств в громкоговорителях, особенно в панелеобразных или подобных панелеобразным громкоговорителях.

Перечень фигур чертежей

Пример конкретной методологии, обеспечивающей реализацию настоящего изобретения, включая в себя ее результаты, раскрыт ниже со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 - схема конкретной реализации;

фиг. 2 - объяснение(я) аналитической обработки;

фиг. ЗА и 3В - графические представления изменения механического полного сопротивления по частоте, по существу, в прямоугольных изотропных панелях, исходя из выбранных коэффициентов формы;

фиг. 4А, В и С - графические представления меры плавного механического полного сопротивления (отклонения/изменения) для конкретных местоположений преобразователя, для указания предпочтительных коэффициентов формы прямоугольных панелей;

фиг. 5Α-Ό - графические представления для одного известного конкретного коэффициента формы и известных значений одной координаты местоположения преобразователя для исследования значения другой координаты;

фиг. 6Α-Ό - графические представления для другого предварительно неизвестного специфического коэффициента формы и известных значений одной координаты местоположения преобразователя для исследования значений других координат;

фиг. 7 А и 7В - в целом, аналогичны фиг. 3, но для других выбранных коэффициентов формы;

фиг. 8Α-Ό - в целом, аналогичны фиг. 4, представляют подтверждение коэффициентов формы, указанных выше в качестве предпочтительных (фиг. 8А, В), также представляют дополнительные перспективные коэффициенты формы;

фиг. 9Α-Ό - графики механического полного сопротивления в виде контуров области, демонстрирующие определение координаты положения преобразователя для панелей с коэффициентами формы, приведенными на предыдущих чертежах;

фиг. 10 А, В - графики плавности механического полного сопротивления в виде контуров области четверти панели для коэффициентов формы, приведенных на фиг. 6Α-Ό;

фиг. 11А, В, 12А, В и 13 А, В - в целом, аналогичны фиг. 3А, В, но для граничных условий, при которых все края панели являются зажатыми;

фиг. 1 4А-С - в целом, аналогичны фиг. 4, но относятся к фиг. 11, 12, 13 и положению перспективных коэффициентов формы;

фиг. 15 - аналогична фиг. 10Α-Ό и относится к коэффициенту формы, приведенному на фиг. 13А;

фиг. 16 - графическое сравнение частотных характеристик панелей с различными коэффициентами формы, в том числе представленными на фиг. 11, 12 и 13;

фиг. 17А-Т - графики механического полного сопротивления в виде контуров четверти панели, полученных в соответствии с полным двумерным анализом/методологией;

фиг. 18 - графики в большем масштабе панели механического полного сопротивления в виде контуров четверти для самого большого известного благоприятного коэффициента формы 1,134; и фиг. 19 - соответствующее трехмерное распределение.

Конкретный(ые) вариант(ы) осуществления изобретения

На фиг. 1 активное акустическое устройство, конкретно - элемент акустической панели распределенного режима, содержащее возбуждающий(ие) преобразователь(и), представлен блоком 10, по существу, в виде черного ящика, с электрическим входом 11 от звукового усилителя; акустический выход 13 показан пунктиром для принципиальной законченности схемы в эквивалентных электрических терминах посредством задействованного резистивного импеданса а для индикации присущих электрическим схемам потерь - посредством резистивного пути 14 утечки на землю.

По своей сущности, когда структура является достаточно жесткой для того, чтобы переносить действие изгибной волны и обеспечивать подходящую акустическую связь с воздухом, компонент акустической панели черного ящика 10 в резонансном режиме будет иметь низ9 кие потери. Также преобразователи изгибных волн наряду с обычными соединениями с такой панелью обычно имеют низкие потери; и общие потери, представленные связью 14, имеют тенденцию быть низкими, по меньшей мере, по сравнению с входной и выходной мощностью на 11, 13, которая может быть подходящей для предложенного анализа, является ли она плавной или нет, но вообще, как правило, является разумно плавной, таким образом, также являясь предпочтительной.

Фиг. 2 предназначена для понимания основы аналитической оценки, для которой рабочие примеры приведены со ссылками на последующие чертежи. Блок 21 указывает первое значимое действие - этап, до некоторой степени общий с вышеуказанной опубликованной РСТ заявкой, особенно в отношении расположения мод при резонансе. Действительно, такое рассмотрение, основанное на угловом единственном измерении, относящемся к фундаментальным частотам, особенно что касается воображаемых ортогональных лучей, параллельных сторонам прямоугольного элемента панели, обозначено 21А; и является свойственным сущности, которая является позиционно одномерной, хотя может быть ограничено применимым двумерно в отношении частоты. Более полная двумерная обработка обозначена 21В, по существу, использующая соответствующие двумерные уравнения колебаний пластин.

Следующий, обозначенный позицией 22, этап представляет исследование модального распределения и механического полного сопротивления, с одной стороны, относящееся к предлагаемому равному или единичному возбуждению каждого режима (22А), то есть без применения какого-либо дифференцированного взвешивания; и, с другой стороны, учитывающее средние значения (22В), предпочтительно с дальнейшей выборочной подстройкой к самым дальним задействованным модальным частотам. Следующий этап интерактивной оценки оцениваемого механического полного сопротивления обозначен 23 и конкретно касается коэффициентов формы, относящихся к специфическим позициям обеспечивающего приводное действие преобразователя (23А), и специфических позиций преобразователя, относящихся к коэффициентам формы (23В).

Более конкретно, рассеяние частот естественных резонансных режимов для акустического режима может включать в себя рассмотрение предпочтительных подгрупп в соответствии с некоторой характеристикой, скажем, сущности, включая симметрию. Например, для, по существу, прямоугольных панельных акустических и, по меньшей мере, при допущении ортогональности лучей, измерение 8ЕЕ может быть осуществлено относительно нечетных-нечетных, четных-четных, нечетных-четных и четных-нечетных подгрупп резонансных режимов по отдельности для таких подгрупп и совместно посредством взвешенного суммирования, то есть:

Ртоо(а) :=

Етее(а) := го панельного элемента исследуется при помощи анализа центральных разностей, то есть:

порядке.

Соответствующее уточнение относительно исследования распределения частот резонансно/ог _ ро е 1,З..Р — 1 /ог_цо е. 1,3..(0-1 ^А <— /т(а, ро, до) зогЦА) /ог _ре е 0,2..Р -1 /ог _де е 0,2..0-1

А <- /т(а,ре,де) _Νι1 зоП(А)

Ρπΰχΐ(α) :=

Ειηΐχ2(α) := /ог _ро е1,З..Р -I /ог де е 0,2..0-1 ^А ре-1 ^Νί 2 ' 2 зоН(А) /ог _ре еО,2..Р -1 €1,3..0-1

Л /т(а,ре,до)

3θΓί(Α)

ЗЕМЧа, а, Ь, с, ά) : = а · 8ЕЕ(Гтоо(а)) + А · 8ЕЕ(Гтее(аУ)... + с · 8ΕΕ(/ηϊχϊ(α)) + ά · 8ЕЕ(Етгх\(а)) а+Ь+с+ά

Значения частот естественных резонансных режимов и их распределение или рассеяние зависят от материалов/структуры и геометрии/конфигурации соответствующих панельных элементов; и указывают пригодность для применения акустического устройства, для которого четность рассеяния/распределения установлена особенно выгодной. На этом этапе не принимается во внимание местоположение преобразователя.

Для известных частот резонансного режима и соответствующей формы изгибной волны также могут быть смоделированы колебания, механическая полная проводимость может быть исследована для любого конкретного местоположения (р, ц) преобразователя, то есть:

Ζιη — μ-т²

Υπι(ω)

вания.

Представление графика в логарифмических координатах облегчает нахождение самой плавной ответной реакции, или может быть исгде Υ_ρ,_ς является квадратом амплитуды формы моды колебаний в соответствующем местоположении преобразователя и ξ представляет собой степень демпфирогде А_п являются частотами резонансного режима (собственными значениями) в возрастающем следовано среднее квадратичное отклонение в определенном диапазоне, например для минимумов

или

представляющее применение весовой функции.

Если известны частоты резонансных режимов, но не известны соответствующие формы колебаний (или такие же не смоделированные и принятые во внимание при выборе), исследование присущего механического полного сопротивления может быть проведено с использованием формулы:

Ут’(со) = у-со- ΣΣΐί-------ГТ~~------------σ’(α,ξ,η) := ^~^Σ^Χ> ’& ‘ что может быть сделано без отсылки к какомулибо конкретному местоположению преобразователя, принимая У_р,_ч равным единице. Результаты не будут такими точными, как для механической полной проводимости, принимающей во внимание местоположения преобразователя, и исследование будет более долгим по сравнению с вышеуказанным исследованием механической полной проводимости.

На фиг. 3 приведено графическое представление изменений механического полного сопротивления по частоте при выборе коэффициентов формы прямоугольных панелей, которые в качестве ожидаемых будут иметь значения больше (1,527), ниже (0,838) и промежуточные (1,141) по сравнению с оптимальным для подходящего акустического воздействия, по существу, изометрических панелей. На фиг. 3В представлены вещественная и мнимая составляющие механического полного сопротивления для промежуточного коэффициента формы (1,141). В целом, плавность на более высоких частотах очевидна, и важность резонансных режимов на более низких частотах является неявной, что было раскрыто в вышеуказанной РСТ заявке, в частности, распределение настолько равномерно, насколько это является целесообразным.

На фиг. 4А представлен график меры среднеквадратичного отклонения (СКО) механического полного сопротивления от коэффициента формы для, по существу, изотропного прямоугольного панельного элемента с предпочтительным местоположением преобразователя по вышеуказанной РСТ заявке, конкретно при пропорциональных координатах по длине и ширине (0,444, 0,429), и имеющего коэффициент сглаживания 10%. Ожидаемый оптимальный коэффициент формы равен 1,134:1, по существу, подтверждается одним минимумом графика. Однако имеются другие минимумы, особенно один, имеющий заметную глубину и большую ширину, то есть менее резко определенный, особенно опускающийся при приблизительно 1,47:1.

Дальнейшие исследования этих коэффициентов формы для среднеквадратичного отклонения механического полного сопротивления от пропорциональных значений координат для местоположений преобразователя приводят к полезному уточнению последних. Таким образом, для коэффициента формы 1,134:1 в вышеуказанной РСТ заявке графики на фиг. 5Α-Ό, в свою очередь, устанавливают каждую длину и ширину по пропорциональным координатам местоположения преобразователя равными установленным значениям 3/7 и 4/9 и показывают 10% плавное среднеквадратичное отклонение механического полного сопротивления для других пропорциональных координат, то есть ширины и длины соответственно. Эти исследования приводят к уточнению значения 0,444 до 0,441 и значения 0,429 до 0,414; результаты тестов прослушивания показали заметно улучшенную характеристику, субъективно и объективно в пределах связей и ограничений таких примеров измерения.

Графики на фиг. 6Α-Ό аналогично представляют неожиданную возможность коэффициента формы при его минимальном значении приблизительно 1,47:1. Полученные значения для пропорциональных координат длины и ширины местоположения преобразователя равны 0,453 и 0,447. Дополнительные тесты прослушивания выявили превосходность акустической характеристики и меньшее искривление соответствующего минимума по фиг. 4А, что, как предполагается, является особенно предпочтительным по причине, включающей в себя возможность размещения преобразователей не только центрированно, но и в конкретных вышеописанных положениях.

Исследование, представленное фиг. 4А, было повторено для значений координат местоположения преобразователя, исходя из фиг. 5ΑΌ и фиг. 6Α-Ό и результатов, представленных на фиг. 4В и 4С соответственно. На фиг. 4В представлено, что минимум для среднеквадратичного отклонения механического полного сопротивления, опускающийся при коэффициенте формы 1,134:1, является глубоким и заостренным, в то время как при 1,47:1 он менее глубокий и острый. Это хорошо коррелирует с большими изменениями значений координат, являющихся результатом фиг. 6Α-Ό, по сравнению с фиг. 5Α-Ό. На фиг. 4С представлено обеспечение уточнения коэффициента формы 1,47:1 до 1,41:1, в том числе до более глубокого минимума среднеквадратичного отклонения механического полного сопротивления. Следует отметить, что глубокий минимум при коэффициенте формы, приблизительно равном 0,72:1, близок к обратной величине для 1,41:1, таким образом, должен быть ожидаемым; и для обозначенных меньших минимумов при приблизительно 0,66:1 и 0,85:1 на фиг. 4А, возможно особенно ввиду уточнения в направлении немного вниз на фиг. 4В, имеется близость к обратным величинам для верхних значений диапазона 1,141/1,47:1 и нижних значений 1,134/1,138:1 соответственно.

Действительно, многие из этих процессов уточнения, включающие взаимное уточнение, могут быть предпочтительны при оптимизации в поисках лучшей доступной акустической характеристики, они представляются предпочтительно рассматриваемыми в смысле указания диапазона изменения для подходящей акустической работы. Специфическое преимущество получают при идентификации областей подходящих для использования местоположений средства преобразователя, особенно - для панельных элементов с подходящей геометрией/сопротивлением изгибу, а также для оптимизации положений для двух или более средств преобразователя на одном и том же панельном элементе. Однако, по меньшей мере, равную выгоду получают при идентификации наилучших доступных местоположений средства преобразователя на панельных элементах неблагоприятной геометрии/жесткости при изгибе. Почти то же применяют к идентификации наихудших положений для средства преобразователя, то есть тех, которые нужно избегать, даже если предполагается, что хорошая акустическая характеристика не является необходимой. Соответственно найдено, что предпочтительно представить аналитические результаты в относительных единицах, лучше в процентах, хотя могут быть использованы любые конкретные значения, а также применена нормализация. Может быть, что панельные элементы с подходящей геометрией имеют большие области для вероятных от подходящих для использования до хороших/наилучших местоположений для средства преобразователя, а панельные элементы с неподходящей геометрией имеют меньшие такие области; и эти краевые положения подтверждаются в качестве подходящих для использования, хотя обычно наилучшим образом их можно использовать попарно, чтобы гарантировать аналогичное возбуждение резонансных режимов, предпочтительные упрощения которых на основании (прохождения) лучей указывают как относящиеся к различным геометрическим осям.

Кроме того, должна быть принята в расчет доступная выходная мощность, касается ли это низкой, являющейся приемлемой для плавности возбуждения большего количества резонансных режимов, или высокой, являющейся предпочтительной даже ценой меньшего количества возбужденных режимов и/или менее равномерно возбужденных. Однако большие числа и боль шую плавность обычно связывают с плавностью мощности и наиболее просто компенсируют до плоскостности соответствующим формированием электронного входного сигнала, по меньшей мере, где эффективность по мощности имеет не обязательно первостепенное значение.

На фиг. 7 А, В представлено использование коэффициентов формы 1,38 и 1,41 вместе с координатами местоположения преобразователя (0,4, 0,414) и (0,455, 0,452) соответственно, см. фиг. 8А, В, посредством того, что было раскрыто для фиг. 3А, В и т.д., но начиная с коэффициентов формы 1,149, 1,134 и 1,762. Следует отметить, что дальнейшее отображение дает другие благоприятные коэффициенты формы при приблизительно 1,6 и 1,2, с координатами местоположения преобразователя (0,41, 0,44) и (0,403, 0,406) соответственно, см. фиг. 8С, Ό. Графики механического полного сопротивления на фиг. 9Α-Ό вообще предпочтительно соответствуют координатам местоположения преобразователя, что очевидно в результате просмотра для всех вышеуказанных коэффициентов формы, то есть 1,138, 1,41, 1,6 (принят в качестве усовершенствованного равным 1,62 или во время усовершенствования равным 1,6) и 1,2 (принят в качестве усовершенствованного равным 1,266 или во время усовершенствования).

Общность такого преимущества самоочевидна из идентификации областей, включающих в себя точно вычисленные местоположения. По меньшей мере, там, где такие области больше, чем размеры преобразователя, должна ожидаться хорошая связь привода возбуждения наряду с допуском фактического местоположения без потери предпочтительности для использования. На фиг. 10А, В графики отклонения механического полного сопротивления представлены в виде контуров для четверти панели для коэффициентов формы 1,41 и 1,47 соответственно, причем устанавливается степень доверия для такого диапазона, предоставляющего хорошие местоположения преобразователя, см. существенные протяженности областей положения с наименьшим/самым плавным механическим полным сопротивлением (заштрихованное сечение), хотя в пределах которых дополнительное точное вычисление является доступным в качестве желательного/полезного.

Действительно, эта методика проявляет себя как достаточно легкая для продолжения изучения лучших доступных местоположений преобразователя даже для других панелей, чем идентифицированные как подходящие. Такие указанные местоположения могут иметь более жизнеспособное механическое полное сопротивление, чем у панелей с лучшим коэффициентом формы, но могут быть подходящими для использования, по меньшей мере, для несколько более низких частотных диапазонов работы.

Также возможно исследовать фактически любые граничные условия для акустических панелей в пределах от, по существу, свободных или только слегка демпфированных, что конкретно описано в вышеуказанной РСТ заявке, до намного более сильно фиксированных, даже зажатых. Действительно, преимущественные местоположения координат были даже идентифицированы для круглой панели в (0,8, 0,6).

Исследование коэффициентов формы для полностью фиксированных панелей, как наиболее соответствующих для практического оборудования громкоговорителя с предпочтением твердому или полужесткому краевому закреплению, обнаружило точно вычисленные подходящие коэффициенты формы 1,160, 1,341 и 1,643 вместе с аналогичными точно вычисленными преимущественными координатами положения преобразователя (0,437, 0,414), (0,385, 0,387) и (0,409, 0,439) соответственно. На фиг. 11А, В с фиг. 14 А, фиг. 12 А, В с фиг. 14В и фиг. 13А, В с фиг. 14С представлено применение аналитической методологии, которая описана выше для фиг. 3А, В и т.д. в подтверждение перечисленных значений - см. также график механического полного сопротивления четверти панели для коэффициента формы 1,16 и существенное расширение областей, перспективных для положения преобразователя, даже двух таких отдельных областей (заштрихованное сечение).

Действительно, многое что касается коэффициента формы 1,138 для условий свободного или почти свободного краевого закрепления панелей, фактически очень близко коэффициенту формы 1,160 для панелей с закрепленными краями. Обнаруживается существенная(ые) протяженность(и), по меньшей мере, подходящих для использования местоположений преобразователя. На фиг. 16 представлено сравнение вышеуказанных преимущественных коэффициентов формы при закрепленных краях и местоположениях преобразователя, включая дополнительно вышеуказанный коэффициент формы 1,138.

Для более конкретного пояснения ниже приведены специфические математические вычисления/подсчеты, подтверждающие вышеперечисленные результаты:

- собственные значения, соответствующие исследованным резонансным режимам, и коэффициент сглаживания;

- пригодные угловые определения;

- специфические параметры панели и соответствующие выражения;

- функции смещения для различных (свободных/фиксированных) граничных условий;

- доли длины/ширины для пропорциональных координат местоположения преобразователя наряду с формулой, включающей в себя механическое полное сопротивление;

- три формулы механического полного сопротивления;

- два соотношения импедансов бесконечных и конечных панелей, включающих в себя коэффициенты формы и местоположения преобразователя; причем ни одна из них не предполагают отступления от общности подхода.

Пример 1.

Вычисление собственных значений.

р=0...14 д=0...14 ζ=10%

определено + А ¥_т^,а) =

Υιη(ω,α)= ].χ·

ΣΣ

2т(х-сос,а)

При обращении к альтернативному анализу и методологии конструкции, особенно использующей, по существу, полностью двумерные уравнения колебаний пластины, имеется самоочевидная возможность принятия во внимание большего количества, вплоть до всех возможных, режимов колебаний, связанных с прохождением изгибной волны в панелях. Это, конечно, повышает значимость оценки, которая подходит для данного набора обстоятельств.

Однако первое применение такой методологии дает коэффициенты формы прямоугольных панелей, по существу, со свободным краем, точно вычисленные равными 1,134, 1,227, 1,320 и 1,442 вместе с аналогично вычисленными наилучшими координатами положения преобразователя (0,359, 0,459), (0,414, 0,424), (0,381, 0,429) и (0,409, 0,459) соответственно. Для панелей, по существу, с прямоугольными фиксированными краями точно вычисленные коэффициенты формы (1,155, 1,229, 1,309, 1,5, 1,602) получают вместе с координатами положения преобразователя (0,446, 0,407), (0,391, 0,374), (0,281, 0,439), (0,347, 0,388) и (0,399, 0,488) соответственно.

Близость и отличие вышеуказанной упрощенной методологии двух ортогональных лучей представляет интерес и является предметом дальнейшего исследования.

Возвращаясь к анализу панелей с любыми коэффициентами формы, следует заметить, что полностью двумерный анализ и методологию применяли к широкому диапазону, конкретно от 1,05 до 2,00 с шагом 0,05. Результаты приведены в качестве графиков механического полного сопротивления для четверти панели на фиг. 17А-Т, в каждом случае пропорциональным очерчиванием наихудшего и наилучшего случаев, обозначенных штриховкой и штриховкой перекрестными штрихами соответственно, и с самым простым объединением от первоначальной 14-уровневой шкалы. Хотя каждый график является индивидуальным, было обнаружено, что полезно знать местоположения с самыми темными и близкими к самым темным областями приблизительно с 7% интервалом, хотя другая индикация и анализ будут полезны, касается это уровней и интервалов как таковых или касается это зависимостей с минимальными областями, разумно необходимыми для связи преобразователя, или с абсолютными уровнями, связанными с характеристикой преобразователя, и т.д.

График области в большем масштабе в контурном виде на основе шкалы с шестью уровнями градации серого приведен на фиг. 18 для одного из первоначальных преимущественных коэффициентов формы, конкретно равного 1,134, и распределение наихудших положений (самых светлых) является показательным, главным образом, в соответствии с вышеуказанным, а именно, близко к каждому углу, но фактически не в нем самом. Однако возможность использования истинной или почти истинной точки сообщения энергии могла быть очень привлекательной при точном местоположении в самом углу, возможно даже на ограниченной протяженности для практических размеров преобразователя, и при плавности передачи мощности и неизбежном снижении эффективности передачи мощности. Заслуживает внимания вытянутость самых плохих положений из угла долями под совсем острыми углами к сторонам. Концентрация наименьшего механического полного сопротивления (наиболее темная область) хорошо известна внутри, но внецентровые местоположения также представляют интерес, включая разделение на дискретные подобласти, хотя, возможно, особенно - вытянутость следующей после самой темной области до разделяющего внедрения от фактически диагональной доли более сильно изменяющегося механического полного сопротивления из наихудшего положения вблизи угла. Положение, близкое к краю, полос с механическим полным сопротивлением от низкого до самого низкого значений, находится в соответствии с тем, что было обнаружено опытным путем, а именно, благоприятные положения, хорошо коррелирующие с ко ординатами внутренних подобластей с наименьшей степенью изменения механического полного сопротивления и самого длинного известного предпочтительного местоположения 25 для преобразователей.

На фиг. 19, по существу, по-другому представлена фиг. 18, а именно - в непрерывном трехмерном формате в соответствии с механическим полным сопротивлением.

Ниже приведен пример двумерного анализа и методологии по строкам предыдущего примера для упрощенных двухлучевых методик.

Пример 2.

Данные панели:

Е_х, ν_χ - модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала панели по оси X;

Е_у, ν_γ - модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала панели по оси Υ;

Ο_χν - модуль сдвига материала в плоскости панели;

ρ - плотность материала панели

Б_х, Ε_ν - длина панели в направлениях осей х и у соответственно й - толщина панели. Константы:

Модальное частотное выражение:

где λχ, Х_у - соответствующие (зависимые от граничных условий) собственные значения луча в направлениях х и у соответственно, и в_х, в_у, γ_χ, Ту - являются соответствующими константами.

Например, для полностью свободной па нели:

в_х=в_у=-6, у_х=у_у=2, λ^λ^λ, где οο§Η(λ)Όθ8(λ)⁼1 Выражение формы моды:

Ф=с1+с2^+с3-со8й(^)+с4-8тй(^)+с5-со8(^)+с6-8т(^), где с1...с6 являются константами граничных условий и модально-зависимой функции режима луча функции. Например, для 1 -го режима отклонения полностью свободного луча: с1=с2=0 с3=с5=1,0 с4=с6=0,982502215 Выражение относительной подвижности. Подвижность конечной панели относительно таковой конечной панели в определенной точке на панели задается выражени ем

где Г - частота возбуждения и δ₈, δ_ν являются структурными и вязкими демпфирующими коэффициентами для материала панели соответственно и

Ф = (фх)²+(фу)²

Будучи функцией частоты возбуждения, относительная подвижность для любой точки дискретизируется для частоты с дискретом '' в частотном диапазоне, представляющем интерес, среднее значение которого задается выражением:

АЛ™ , где ΔΡ_] = Р;₊₁ - Р;

Мера качества.

Логарифмическая мера изменения относительной подвижности (с удаленным средним) используется для целей оптимизации, то есть:

Среднеквадратичное отклонение этой меры используют для идентификации оптимальных местоположений возбуждения

Точность значений, данных выше для коэффициента формы и/или координат местоположений преобразователя, является результатом вычисления, и нет необходимости указывать более чем некоторую точку в пределах подходящего для использования места. Для графиков областей местоположений преобразователя являются особенно перспективными и, несомненно, представляют заслуживающую внимания основу для проведения экспериментов, как относительно соответствия между результатами аналитической методологии, предложенной здесь, так и относительно фактической акустической характеристики, для которой число связанных резонансных режимов является важным, как приемлемая равномерность связей со столькими режимами, сколько возможно практически. Существенная доступность анализа для любых коэффициентов формы и уточнение его относительно специфических местоположений преобразователя и присущая ему возможность уточнения могут быть полезны в раскрытии большей общности применения некоторых особенно благоприятных местоположений/областей для преобразователя, так же как и связь коэффициентов формулы с другими местоположениями/областями преобразователя.

Предполагается, что существует возможность сведения данных к единому порядку или показателю качества, названному здесь мерой плавности механического полного сопротивления, который одинаково приемлем при определении и конкретизации и подходящих коэффициентов формы, и местоположений преобразователя, включая очевидную возможность рекурсивного уточнения, то есть, по существу, совместного выбора геометрии и местоположения преобразователя посредством аналогичных процедур, используя, по существу, одну и ту же переменную или параметр или соответствующие изменения.

Claims

1. Способ изготовления акустического устройства, основанного на действии изгибной волны в области панельного элемента, отличающийся тем, что выбирают параметр формы, подлежащий изменению, причем этот параметр формы выбирают из группы, включающей в себя конфигурацию области панельного элемента, изгибную жесткость области панельного элемента и местоположение преобразователей изгибных колебаний в области панельного элемента, выбирают связанный с передачей мощности параметр панельного элемента, причем связанный с передачей мощности параметр является функцией, по меньшей мере, одного из параметров формы и этот связанный с передачей мощности параметр выбирают из группы, включающей в себя механическое полное сопротивление передаче входной мощности и выход мощности, изменяют параметр формы и аналитически оценивают измерение связанного с передачей мощности параметра как функцию параметра формы, выбирают значение параметра формы, которое обеспечивает минимальное отклонение или минимальные отклонения связанного с передачей мощности параметра, посредством чего достигается плавность передачи мощности и следовательно удовлетворительные характеристики акустического устройства в желаемом диапазоне частот.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют компенсацию любого отклонения от плоскостности выходной мощности посредством коррелированного согласования входного сигнала акустического устройства.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что связанный с передачей мощности параметр является механическим полным сопротивлением.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что аналитическая оценка включает в себя определение квадратичного отклонения механического полного сопротивления от некоторого значения или соотношения для него.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что отклонение является относительным к тому же или к единичному взвешиванию, применяемому для задействованных резонансных частотных режимов.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что отклонение является относительным к средним значениям для задействованных резонансных частотных режимов.

7. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что отклонение является относительным к выборочному взвешиванию для задействованных резонансных частотных режимов.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что выборочное взвешивание применяют к крайне21 му(им) задействованному(ым) резонансному(ым) частотному(ым) режиму(ам).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что крайние задействованные резонансные частотные режимы являются самыми низкими в представляющем интерес частотном диапазоне для требуемой или приемлемой работы указанного акустического устройства.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что панельный элемент является или рассматривается как, по существу, прямоугольный, и резонансные частотные режимы, задействованные в аналитической оценке, получают из применения упрощающей аналогии для ортогональных воображаемых лучей в направлениях, параллельных парам противоположных сторон указанных панельных элементов.

11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что резонансные частотные режимы, задействованные в указанной аналитической оценке, получают относительно двумерных соотношений панельного элемента как такового.

12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что указанный выбор касается пропорций формы панельного элемента.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанный выбор сопровождают представлением сглаженных результатов указанной аналитической оценки в качестве механического полного сопротивления указанного панельного элемента в зависимости от изменения указанных пропорций формы, чтобы показать минимумы отклонения.

14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что указанную аналитическую оценку осуществляют для заданного(ых) положения(ий) преобразователя.

15. Способ по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что указанный выбор осуществляют для местоположения преобразователя для данного указанного панельного элемента.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что указанную аналитическую оценку осуществля ют для переменного относительно фиксированного взаимосвязанных указателей местоположения области, таких как координаты местоположения преобразователя, и результаты представляют функционально, предпочтительно графически, при поиске минимального отклонения предпочтительного сглаженного механического полного сопротивления.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанные оценки чередуют посредством чередования того, какой указатель местоположения области является фиксированным и какой изменяемым.

18. Способ по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что указанная аналитическая оценка включает в себя распределение механического полного сопротивления панельного элемента по области.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что указанный выбор сопровождают представлением результатов указанной аналитической оценки в качестве отображения контура отклонения механического полного сопротивления по области.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что указанную аналитическую оценку и отображение контура осуществляют только для одной из двух или более воображаемых частей одинаковой или подобной геометрии, которые вместе по существу составляют область панельного элемента.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что указанную аналитическую оценку и отображение контура осуществляют для одного квадрата для панельного элемента, по существу, прямоугольной формы.

22. Способ по любому из пп. 1-21, отличающийся тем, что осуществляют выбор пропорций формы панельного элемента и выбор местоположения преобразователя, причем один из двух указанных выборов осуществляют, по меньшей мере, один раз после и с использованием результатов осуществления другого выбора.