EA003215B1

EA003215B1 - Acoustic device

Info

Publication number: EA003215B1
Application number: EA200001016A
Authority: EA
Inventors: Генри Азима
Original assignee: Нью Трэнсдьюсерз Лимитед
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2003-02-27
Also published as: BR9909901A; GB2350008A; NZ506731A; CN1296720A; IL138312A0; CZ300065B6; AU746216B2; EA200001016A1; EP1068770A1; CO4830489A1; EP1068770B1; DE69924990T2; AR018832A1; NO20004921D0; TR200002878T2; JP2002511682A; HUP0102859A2; CZ20003591A3; WO1999052324A1; GB9806994D0

Abstract

1. Acoustic device relying on bending wave action and capable of operating below coincidence, comprising a member affording said acoustic operation, characterised by means at least partially bounding the member, the means having a substantially restraining nature in relation to bending wave vibration of the member, the bounding cleans being at a peripheral edge of the paid member and being peripherally continuous over up to at least 25% of said edge. 2. Active acoustic device according to claim 1, wherein comprising a bending wave transducer mounted on the panel member for excitation resonance in the panel member to generate an acoustic response. 3. Acoustic device according to claim 1 or claim 2, wherein the bounding means determines the acoustically active area within the panel member. 4. Acoustic device according to any preceding claim, wherein the acoustically active area is substantially rectangular. 5. Acoustic device according to claim 4, wherein the bounding means extends along one side of the acoustically active area. 6. Acoustic device according to claim 4 or claim 5, wherein the bounding means also extends along opposite parallel side of said acoustically active area. 7. Acoustic device according to an preceding claim, wherein the bounding means extends along each edge of the acoustically active area. 8. Acoustic device according to claim 7, wherein bending stiffness of the panel member in said acoustically active area is below about 5 Newtonmetres. 9. Acoustic device according to claim 8, wherein said bending stiffness is above about 0.001 Newtonmetre. 10. Acoustic device according to claim 7 to 9, wherein surface density of the acoustically active area is from about 25 gram/square metre. 11. Acoustic device according to any preceding claim, wherein said area of said member has isotropic bending stiffness. 12. Acoustic device according to any one of claims 1 to 10, wherein said area of said members has bidirectional anisotropy of bending stiffness. 13. Acoustic device according to any one of claims 2 to 10, wherein said area of said member has distribution of bending stiffness suiting desired beneficial location for transducer means. 14. Acoustic device according to any one of claims 1 to 11, wherein said area is substantially rectangular with isotropy of bending stiffness thereof, and has an aspect ratio between 1:1 and 1:1.5. 15. Acoustic device according to any one of claims 1 to 11, wherein said area is substantially rectangular with isotropy of bending stiffness thereof, and has an aspect ratio greater than 1:1.5. 16. Acoustic device according to any one of claims 1 to 11, wherein the acoustically active area is substantially rectangular with isotropy of bending stiffness thereof, wherein said aspect ratio is about 1:3 or more. 17. Acoustic device according to any preceding claim, wherein the panel member is tensioned. 18. Acoustic device according to claim 17, wherein the panelmember is tensioned in two mutually transverse directions. 19. Acoustic device according to claim 18, wherein the tensioning in the two directions is equal. 20. Acoustic device according to any preceding claim, wherein the bounding means is integral with the panel member. 21. Acoustic device according to claim 20, wherein the bounding means is moulded integrally with the panel member.

Description

Изобретение относится к тому виду акустических устройств, в которых содержится излучающий звук элемент, в котором используется действие изгибных волн, а колебания поверхности, образующиеся в результате, обеспечивают получение звукового сигнала.The invention relates to the type of acoustic devices that contain a sound-emitting element, which uses the action of bending waves, and the resulting vibrations of the surface result in a sound signal.

Уровень техникиThe level of technology

Из патента США № 3247925 А (Матиака) известен низкочастотный громкоговоритель, содержащий очень жесткую панель, периферийные кромки которой присоединены болтами или приклеены к жесткой раме, и на этой раме закреплен обычный преобразователь со звуковой катушкой, которая передает энергию изгибных волн в центральную часть панели. Указано, что этот низкочастотный громкоговоритель работает исключительно выше частоты совпадения колебаний.From US patent No. 3247925 A (Matiaca), a low-frequency loudspeaker is known that contains a very rigid panel, the peripheral edges of which are bolted or glued to a rigid frame, and a conventional transducer with a voice coil is mounted on this frame, which transmits bending wave energy to the central part of the panel. It is indicated that this subwoofer operates exclusively above the frequency of oscillation.

Кроме того, из патента США № 3596733 (Вейадш) известен громкоговоритель, снабженный диафрагмой, образованной большим полистирольным пластинчатым элементом, имеющим предварительно растянутые переднюю поверхность и заднюю поверхность нерегулярной формы или с участками нерегулярной формы.In addition, from US patent No. 3596733 (Veyadsh) a loudspeaker is known, equipped with a diaphragm formed by a large polystyrene plate element having a pre-stretched front surface and a back surface of irregular shape or with irregularly shaped areas.

Принцип действия акустических устройств с использованием действия изгибных волн, обычно в целом относимых к резонансному панельному типу, изложен в Международной заявке № XVО 97/09842, включая усовершенствование или оптимизацию акустической характеристики в соответствии с параметрами панели, включающими в себя геометрию и изгибную жесткость; особенно в части пригодности для работы на частоте совпадения и ниже ее. Представляющие интерес геометрические параметры включают в себя размеры или отношения размеров панелей как таковых, в том числе для случая использования в качестве пассивных акустических устройств. Характеристики изгибной жесткости, в том числе ее анизотропия, взаимосвязаны с геометрическими параметрами; например, изгибную жесткость можно разделить на отдельные различные составляющие, по существу, постоянные по направлению осей геометрических конфигураций, в том числе для конфигураций с практически используемыми размерами. На практике предпочтительные, приближенные к центру места для расположения преобразователей активных акустических устройств имеют точные пропорциональные координаты. С успехом можно создавать другие распределения изгибной жесткости по области, чтобы использовать другие выгодные места для расположения преобразователей, например, по существу, возле геометрических центров и/или возле центров массы, см. Международную заявку № νθ 98/00621, в том числе сочетая вышеуказанное действие изгибных волн с дополнительным, акустически значимым поршневым эффектом. Работа в звуковом режиме описана и заявлена, по меньшей мере, в Международной заявке № VО 97/09842 как для панелей в целом, так и для их частей, являющихся акустически активными.The principle of operation of acoustic devices using the action of bending waves, usually generally attributed to the resonant panel type, is set forth in International Application No. XVO 97/09842, including the improvement or optimization of the acoustic characteristic in accordance with the panel parameters, including geometry and flexural rigidity; especially in terms of suitability to work at and below the coincidence frequency. The geometric parameters of interest include the dimensions or ratios of the dimensions of the panels as such, including for use as passive acoustic devices. Flexural stiffness characteristics, including its anisotropy, are interrelated with geometrical parameters; for example, the flexural rigidity can be divided into separate different components, essentially constant along the direction of the axes of the geometric configurations, including for configurations with practically used dimensions. In practice, preferred, close to the center space for the location of transducers of active acoustic devices have exact proportional coordinates. You can successfully create other flexural rigidity distributions over the area to use other advantageous locations for positioning transducers, for example, essentially near geometric centers and / or near the centers of mass, see International Application No. νθ 98/00621, including combining the above action of bending waves with an additional, acoustically significant piston effect. The work in the sound mode is described and declared, at least in International Application No. VO 97/09842, both for panels as a whole and for their parts that are acoustically active.

До настоящего времени основанные на интуиции конкретный анализ и методика расчета, предложенные заявителем для таких акустических устройств, работающих на изгибных колебаниях с резонансными модами, в основном относились к панелям в целом, края которых были полностью или, по существу, свободными для колебаний при воздействии акустически значимых изгибных волн, включая случай, когда кромка была слабо демпфирована. Появлению этого изобретения способствовали неожиданные результаты проведенных дополнительных рассмотрений, исследований и экспериментов, которые не были очевидны.Until now, intuition-based concrete analysis and calculation methods proposed by the applicant for such acoustic devices operating on bending vibrations with resonant modes mainly referred to panels in general, the edges of which were completely or essentially free to oscillate when acted upon. significant flexural waves, including the case where the edge has been weakly damped. The appearance of this invention was facilitated by the unexpected results of additional examinations, studies and experiments that were not obvious.

Сущность изобретенияSummary of Invention

Были предъявлены некоторые основополагающие требования, имеющие очень важное технологическое/изобретательское значение, особенно к элементу акустической системы, который должен быть протяженным в перпендикулярных направлениях по сравнению с толщиной и способным выдерживать изгибные волны на всей своей акустически значимой активной области, т. е. основное требование, в соответствии с которым в данной заявке использован резонансный акустический элемент или панель; и к параметрам, таким, как геометрические, и к изгибной жесткости, которая должна иметь значения, согласованные с результирующим распределением собственных изгибных колебаний указанного элемента, что является эффективным при достижении или выгодным для достижения требуемой или приемлемой работы устройства в звуковом режиме во всем представляющем интерес частотном диапазоне, т. е. дополнительное требование, предъявляемое к резонансному акустическому элементу или к панели. В конкретных вариантах осуществления этого изобретения дополнительно предусмотрено средство, позволяющее, по существу, ограничить изгибные колебания, обычно на кромке, периферии или другой границе такого элемента или панели или ее акустически активной области, и, кроме того, обычно обеспечивающее возможность работы, по меньшей мере, до некоторой степени, ниже частоты совпадения. Формулировка по существу, ограничить, использованная в настоящем описании, целенаправленно охватывает большее ограничение, по меньшей мере, части (частей), кромки (кромок) элемента, чем то, которое, в частности, раскрыто в Международной заявке № νθ 97/09842, предпочтительно на двух интервалах края, а также эффективные нагрузку, зажатие или действие эффективной акустической массы.Some fundamental requirements have been made that are of very important technological / inventive importance, especially to an element of a speaker system, which must be extended in perpendicular directions compared to thickness and capable of withstanding bending waves throughout its acoustically significant active region, i.e. , according to which in this application a resonant acoustic element or panel is used; and parameters, such as geometric, and bending stiffness, which should have values consistent with the resulting distribution of natural flexural vibrations of the specified element, which is effective in achieving or advantageous to achieve the required or acceptable operation of the device in sound mode in all of interest frequency range, i.e. an additional requirement for a resonant acoustic element or a panel. In particular embodiments of this invention, additional means are provided to substantially restrict bending vibrations, usually at the edge, periphery or other boundary of such an element or panel or its acoustically active region, and, moreover, usually enabling at least , to some extent, below the coincidence rate. The wording is essentially limited, used in the present description, purposefully covers a greater restriction of at least part (s) of the edges (edges) of an element than that, in particular, disclosed in International Application No. νθ 97/09842, preferably at two edges of the edge, as well as the effective load, clamping or action of the effective acoustic mass.

Существуют два взгляда, эффекта или изобретательских замысла, которые представляют ся полезными для рассмотрения, касающегося такого, по существу, ограничения кромки/границы области/периферии.There are two views, effects, or inventive designs that are useful for consideration regarding this essentially limiting edge / boundary of a region / periphery.

Один заключается в том, что ограничение/снижение имеющегося перемещения кромки/периферии/границы элемента, совершающего изгибные колебания (по сравнению с конкретным раскрытием, изложенным в Международной заявке № νθ 97/09842), может привести к полезному увеличению акустической выходной мощности вследствие возврата колебательной энергии изгибных волн в акустически активную область. Другой заключается в том, что акустически значимые и эффективные собственные моды из-за действия резонансных изгибных колебаний будут иными (по сравнению с конкретным раскрытием, изложенным в Международной заявке № νθ 97/09842) по причине ограничения/подавления колебательного перемещения, обусловленного действием изгибных волн на кромке (кромках)/периферии/границе элемента, в результате чего значительно уменьшается/исключается вклад (вклады) от низшей резонансной моды (низших резонансных мод), которые существуют, если кромка (кромки)/ периферия/граница акустически эффективной области элемента оставляется свободной для того, чтобы получить такое распределение изгибных волн/ какое, в частности, раскрыто в Международной заявке № XVО 97/09842; а также снижение/значительное подавление резонансных мод, включающих кручение.One is that limiting / reducing the available movement of the edge / periphery / border of a member that bends oscillations (compared to the specific disclosure set forth in International Application No. νθ 97/09842) may result in a useful increase in acoustic output power due to the return of oscillatory bending wave energy in the acoustically active region. Another is that the acoustically significant and effective eigenmodes due to the action of resonant flexural vibrations will be different (compared to the specific disclosure set forth in International Application No. νθ 97/09842) due to the limitation / suppression of oscillatory movement caused by the action of bending waves on the edge (edges) / periphery / border of the element, as a result of which the contribution (contributions) from the lower resonance mode (lower resonance modes), which exist if the edge (edges) / perimeter eriya / boundary of the acoustically effective element region is left free in order to obtain such a distribution of bending waves / a, in particular, disclosed in International application № XVO 97/09842; and also reduction / significant suppression of resonant modes, including torsion.

Для пояснения полученных в результате этого несколько разреженных или имеющих менее богатое содержание акустически активных/значимых резонансных мод в случае изгибных волн можно использовать пример, для упрощения аналогии и анализа основанный на эквивалентных простых лучах с учетом взаимодействий, в понятиях, охватывающих резонансные моды пластины, которые применительно к каждому лучу возникают на частоте £1 резонансной моды, а не на £0, и при этом происходит утрата комбинационных мод, включающих в себя частоты £0, но возникают интересные и полезные эффекты, наблюдаемые относительно равномерности разнесения непосредственно и комбинационно связанных собственных резонансных мод, включающих в себя частоты £1.To illustrate the resulting somewhat sparse or less rich content of acoustically active / significant resonant modes in the case of bending waves, an example can be used to simplify the analogy and analysis based on equivalent simple rays taking into account interactions, in terms of resonant plate modes in relation to each beam, the frequency 1 1 of the resonant mode occurs, and not at 0 0, and the loss of the combinational modes, including the frequencies £ 0, occurs, but interesting ones arise and useful effects observed with respect to the uniformity of separation of directly and combination-related eigen resonant modes, including frequencies частоты 1.

Разветвления являются обширными и могут быть выгодными, обеспечивая повышение акустической отдачи при преобразовании энергии и/или часто очень полезное увеличение размеров вероятных подобластей для выбора в них практически перспективных/оптимальных мест для расположения преобразователей, определяемых с помощью, по меньшей мере, анализа механического импеданса, как это изложено в находящейся в процессе одновременного рассмотрения Международной заявке № РСТ/ОВ 99/00404; и/или обычно существенное расшире ние пределов практической применимости конфигураций/размеров областей указанных элементов, когда, как например, в случае изотропной изгибной жесткости, отношения размеров могут быть даже от примерно 1:1 до примерно 1:3 или больше; и/или практическую применимость акустической характеристики в случае выбора материалов панельного элемента с меньшей собственной изгибной жесткостью при эффективном увеличении жесткости в целом с помощью, по меньшей мере, вклада от ограничения его кромки (кромок)/периферии/границы; и/или возможность повышения входной мощности преобразовательного средства для вариантов осуществления громкоговорителя, вообще в тех случаях, когда такое ограничение можно осуществить посредством значительной нагрузки либо с помощью инерционной массы, либо, что более практично, путем действительной фиксации посредством более жесткого/массивного несущего элемента или с помощью иного средства инертной нагрузки.The ramifications are extensive and can be beneficial, providing increased acoustic output during energy conversion and / or often a very useful increase in the size of the likely subdomains to select practically promising / optimal locations for the location of transducers, determined using at least a mechanical impedance analysis, as set forth in co-pending International Application No. PCT / OG 99/00404; and / or usually a substantial expansion of the practical applicability of the configurations / sizes of regions of said elements, when, for example, in the case of isotropic flexural rigidity, the aspect ratios can even be from about 1: 1 to about 1: 3 or more; and / or practical applicability of the acoustic characteristic in the case of choosing materials for a panel element with a lower intrinsic flexural rigidity while effectively increasing the rigidity as a whole with at least a contribution from limiting its edge (s) / periphery / border; and / or the possibility of increasing the input power of the conversion means for embodiments of the loudspeaker, in general in cases where such a limitation can be achieved by a significant load, either by using an inertial mass, or, which is more practical, by actually fixing by means of a more rigid / massive carrier element or using another means of inert load.

Существенное преимущество этого изобретения заключается в том, что созданы новые и полезные акустические устройства с резонансными панелями, в том числе активные акустические устройства, такие, как громкоговорители, существенно более простые в производстве, в виде устойчивых к внешним воздействиям, легко устанавливаемых устройств панельного типа, улучшенных, в частности, по сравнению с акустическими устройствами, конкретно показанными и описанными в Международной заявке № νθ 97/09842.A significant advantage of this invention is that new and useful acoustic devices with resonant panels have been created, including active acoustic devices, such as loudspeakers, which are much simpler to produce, in the form of external influences, easily installed panel-type devices, improved, in particular, compared to the acoustic devices specifically shown and described in International Application No. νθ 97/09842.

В соответствии с одним объектом настоящего изобретения создано акустическое устройство, основанное на действии изгибных волн и способное работать ниже частоты совпадения, содержащее элемент, обеспечивающий возможность указанной работы в звуковом режиме по причине полезного распределения резонансных мод из-за действия в нем изгибных волн, причем элемент имеет свою акустически активную область, по меньшей мере, частично ограниченную средством, обладающим, по существу, ограничивающим свойством относительно колебаний изгибных волн.In accordance with one aspect of the present invention, an acoustic device is created based on the action of bending waves and capable of operating below the coincidence frequency, containing an element enabling the said operation in sound mode due to the useful distribution of resonant modes due to the action of bending waves in it, has its acoustically active region, at least partially limited by the means, having, essentially, a limiting property with respect to the oscillations of the bending waves.

В соответствии с другим объектом настоящего изобретения создано активное акустическое устройство, содержащее элемент, основанный на действии изгибных волн, с их полезным распределением резонансных мод в нем и с выгодным расположением средства преобразователя изгибных волн, причем элемент имеет свою акустически активную область, по меньшей мере, частично ограниченную средством, обладающим, по существу, ограничивающим свойством относительно колебаний изгибных волн, а местоположение средства преобразователя определено относительно и с учетом такого ограничивающего средства.In accordance with another object of the present invention, an active acoustic device is created that contains an element based on the action of bending waves, with their useful distribution of resonant modes in it and with an advantageous arrangement of a bending wave transducer means, the element having its acoustically active region, at least partially limited by means having a substantially limiting property with respect to the oscillations of bending waves, and the location of the transducer means is determined relative to and Given this dam.

Акустический элемент может быть, по существу, ограничен или зажат по всему своему периметру; или можно ограничить или зажать только участок (участки) кромок, меньшие чем длина кромок по всему периметру элемента, например, для прямоугольной панели - на одной или нескольких его сторонах, самое большее на всех сторонах. Это может быть полезным, когда элемент закрепляют аналогично флагу, что обеспечивает указанное, по существу, ограничение на одной стороне, при этом акустически активная область выступает от места закрепления, или при закреплении на двух сторонах, которые могут быть параллельными, что обеспечивает указанное, по существу, ограничение, при этом акустически активная область находится между этими закрепленными и ограниченными сторонами; и может облегчиться производство полностью герметизированных или диафрагменных громкоговорителей с небольшим количеством отверстий, например, среднечастотных/высокочастотных устройств. Использование полностью или почти полностью герметизированной диафрагмы позволяет изготовить так называемый громкоговоритель в бесконечном экране, чтобы ограничивать/регулировать излучение звука назад, которое в противном случае может быть вредным на средних и низких частотах.The acoustic element may be substantially limited or clamped along its entire perimeter; or it is possible to restrict or clamp only a portion (s) of edges smaller than the length of the edges along the entire perimeter of the element, for example, for a rectangular panel - on one or several of its sides, at most on all sides. This can be useful when the element is fixed similarly to the flag, which provides the specified restriction on one side, the acoustically active area protrudes from the point of attachment, or when mounted on two sides, which can be parallel, which provides the specified essentially a limitation, with the acoustically active region being between these fixed and limited sides; and the production of fully encapsulated or diaphragm loudspeakers with few holes, such as mid-frequency / tweeter devices, can be facilitated. The use of a fully or almost completely sealed diaphragm allows you to make a so-called loudspeaker in an endless screen to limit / regulate the emission of sound back, which otherwise could be harmful at mid and low frequencies.

Кроме того, использование цельных, по существу, ограничивающих или зажимающих рам позволяет спроектировать узел громкоговорителя с более предсказуемыми механическими характеристиками, наряду с облегчением производства узла громкоговорителя, который имеет относительно устойчивую к внешним воздействиям конструкцию (по сравнению с громкоговорителем на основе резонансной панели, в котором кромки панели являются, по существу, свободными или подвешенными с небольшим упругим демпфированием).In addition, the use of solid, essentially limiting or clamping frames allows you to design a loudspeaker assembly with more predictable mechanical characteristics, along with facilitating the production of a loudspeaker assembly that has a relatively resistant to external influences design (compared to a resonant panel loudspeaker, in which the edges of the panel are essentially free or suspended with a slight elastic damping).

Существенного ограничения или зажатия периферийного участка (периферийных участков) или кромки (кромок) акустического элемента можно добиться любым желаемым методом, например, путем надежного прикрепления кромки (кромок) к прочной раме или к аналогичному элементу посредством клея или с помощью механических средств, например, путем зажатия кромки (кромок) между рамными элементами. Кроме того, необходимого ограничения/зажатия кромки можно добиться, используя методы прессования (например, литья под давлением пластиков) с образованием кромок элемента за одно целое с рамой, или путем образования утолщенных, достаточно жестких участков, окружающих элемент, чтобы ограничить перемещение кромок акустического элемента. Совместное прессование акустического элемента и утолщенной кромки может быть более подходящим. Такие методы прессования особенно удобны, когда акустический элемент образуют в виде монолита, и их можно использовать для сокращения производственных затрат.A substantial limitation or clamping of the peripheral portion (peripheral portions) or edges (edges) of the acoustic element can be achieved by any desired method, for example, by securely attaching the edges (edges) to a strong frame or similar element by means of glue or by mechanical means, for example, clamping the edges (edges) between the frame elements. In addition, the necessary limitation / clamping of the edge can be achieved using pressing methods (for example, injection molding of plastics) to form the edges of the element in one piece with the frame, or by forming thickened, sufficiently hard sections surrounding the element to limit the movement of the edges of the acoustic element . The joint pressing of the acoustic element and the thickened edge may be more suitable. Such pressing methods are especially convenient when the acoustic element is formed as a monolith, and they can be used to reduce production costs.

Кроме того, существенное ограничение или зажатие может быть использовано для выделения одного акустического элемента внутри другого, более крупного акустического элемента. Поэтому более крупная акустическая панель, предназначенная для работы на средних/низких частотах, может быть получена прессованием с выделением посредством срединных ребер жесткости меньшей акустической панели, предназначенной для работы на высоких частотах.In addition, a significant limitation or clamping can be used to isolate one acoustic element inside another, larger acoustic element. Therefore, a larger acoustic panel, designed to work at medium / low frequencies, can be obtained by pressing with the release through the middle ribs of a smaller acoustic panel, designed to work at high frequencies.

Действие существенного ограничения или зажатия можно рассчитать так, чтобы получить нужный механический импеданс и с его помощью регулировать время реверберации в акустическом элементе, а также управлять частотной характеристикой элемента, особенно, вероятно, на низких частотах.The effect of a significant limitation or clamping can be calculated so as to obtain the desired mechanical impedance and with its help adjust the reverberation time in the acoustic element, as well as control the frequency response of the element, especially, probably at low frequencies.

Размеры подходящих резонансных панельных элементов можно выбрать в соответствии с конкретными указаниями, приведенными в Международной заявке № \¥О 97/09842, или с учетом изменений формы они могут быть в значительной степени иными. Например, по существу, прямоугольные резонансные панельные элементы, по существу, с изотропной изгибной жесткостью могут иметь отношения размеров ниже 1:1,5, что обычно соответствует принципу, известному из уровня техники для панельных элементов с, по существу, свободными кромками, но они не ограничены ими, что, в частности, будет описано в данной заявке ниже, эти отношения могут быть больше чем 1:1,5, что, в частности, также будет описано в данной заявке позднее. Возможные изменения анизотропии/комплексного распределения изгибной жесткости рассмотрены раньше.The dimensions of suitable resonant panel elements can be chosen in accordance with the specific instructions given in International Application No. \ ¥ O 97/09842, or, subject to changes in shape, they can be largely different. For example, substantially rectangular resonant panel elements with substantially isotropic flexural rigidity may have aspect ratios below 1: 1.5, which usually follows the principle known from the prior art for panel elements with substantially free edges, but not limited to them, which, in particular, will be described in this application below, these relationships can be greater than 1: 1.5, which, in particular, will also be described in this application later. Possible changes in the anisotropy / complex distribution of flexural rigidity are discussed earlier.

Ограничивающее средство может находиться, по меньшей мере, частично, вокруг указанной акустически активной области и выделять ее и/или вокруг периферийной кромки (периферийных кромок) элемента панельного типа, а чтобы весь элемент был полностью акустически активным - обычно на протяжении вплоть до 25% или больше границы области/периферийной кромки, часто - на всем ее протяжении.The limiting means may be at least partially around the specified acoustically active area and select it and / or around the peripheral edge (peripheral edges) of a panel-type element, and for the entire element to be fully acoustically active, usually for up to 25% or more border area / peripheral edge, often - in its entirety.

Обычно панельные резонансные элементы являются самоподдерживающимися и не требуют предварительного растяжения для механической устойчивости, особенно их виды со свободной кромкой или с одной кромкой, используемыми для крепления.Typically, panel resonant elements are self-supporting and do not require pre-stretching for mechanical stability, especially their types with a free edge or with one edge used for fastening.

Для зажатого панельного элемента существует десятикратное или близкое к этому повышение первой частоты изгибных колебаний из-за увеличения собственной жесткости панельного элемента при зажатии. Представляется логичным существенное уменьшение изгибной жесткости для снижения первой модальной частоты до диапазона более низких частот. Для таких случаев предусмотрено, что жесткость панельного элемента может быть уменьшена до 0,001 Н-м, а поверхностная плотность уменьшена до 25 г/м².For a clamped panel element, there is a tenfold or close to this increase in the first frequency of flexural vibrations due to an increase in the intrinsic rigidity of the panel element during clamping. It seems logical to significantly reduce the bending stiffness to reduce the first modal frequency to a range of lower frequencies. For such cases, it is provided that the rigidity of the panel element can be reduced to 0.001 Nm, and the surface density is reduced to 25 g / m ² .

С одной точки зрения эти конечные значения пределов могут быть предпочтительными для механической устойчивости панельного элемента и выполнения им функции поддержания средства возбуждения, если исходить из приложения растягивающих сил. Они могут быть приложены равномерно или неравномерно, т.е. в различных направлениях и/или с разными значениями растяжения в соответствии с конкретной геометрией элемента.From one point of view, these final limits may be preferable for the mechanical stability of the panel element and its function to maintain the excitation means, based on the application of tensile forces. They can be applied uniformly or unevenly, i.e. in different directions and / or with different values of stretching in accordance with the specific geometry of the element.

В пределе растянутая панель имеет большую часть свойств растянутой пленки, выдерживающей изгибные волны, в которой существуют волны второго порядка или волны без дисперсии (скорость которых постоянна при изменении частоты). В случае такого панельного элемента распределение резонансов может быть оптимизировано для получения требуемой акустической характеристики путем регулирования растяжения и изменения геометрии границ в соответствии с принципом образования распределенных мод, см. Международную заявку № XV О 97/09842. Точно так же предпочтительное для действия преобразователя распределение мод может быть получено путем предпочтительного/оптимизированного расположения возбудителя/датчика.In the limit, the stretched panel has most of the properties of a stretched film that can withstand bending waves, in which there are second-order waves or non-dispersive waves (the speed of which is constant with changing frequency). In the case of such a panel element, the distribution of resonances can be optimized to obtain the required acoustic characteristics by adjusting the stretching and changing the geometry of the borders in accordance with the principle of the formation of distributed modes, see International application number XV O 97/09842. Similarly, the mode distribution preferred for the transducer action can be obtained by the preferred / optimized location of the pathogen / sensor.

В зависимости от степени растяжения и при повышении плотности, а особенно - изгибной жесткости, существует диапазон, в котором из-за выбранной жесткости на действие изгибных волн второго порядка накладывается и добавляется действие дисперсионных изгибных волн четвертого порядка. Оптимизация этих двух волн может быть осуществлена на основании расчета и/или эксперимента, чтобы получить наилучшие результаты для определенной области применения.Depending on the degree of stretching and with increasing density, and especially - bending stiffness, there is a range in which, due to the chosen stiffness, the action of fourth-order dispersive bending waves is superimposed and added to the action. Optimization of these two waves can be carried out on the basis of a calculation and / or experiment in order to obtain the best results for a particular application.

Акустические панели с зажатой кромкой, имеющие меньший диапазон рабочих частот, относятся к исследованной области проектирования.Squeezed edge acoustic panels with a smaller operating frequency range belong to the design area studied.

Перечень фигур чертежейList of drawings

Практическое осуществление этого изобретения иллюстрируется схематично посредством примера со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 и 1А - вид в изометрии с пространственным разделением деталей и частичный вид в разрезе резонансного, обычно прямоугольного панельного акустического элемента 10, зажатого по кромкам между противолежащими рамными элементами 11А, В с прямоугольным периметром при использовании болтов и гаек 12А, В, который можно устанавливать на шасси или другую объединительную конструкцию;The practical implementation of this invention is illustrated schematically by way of example with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 and 1A is an isometric view with a detail separation and a partial sectional view of a resonant, usually rectangular acoustic panel element 10, clamped along the edges between the opposing frame elements 11A, B with a rectangular perimeter using bolts and nuts 12A, B, which can be installed on the chassis or other unifying structure;

фиг. 2 - вид в разрезе, показывающий вариант зажатия/ограничения кромки резонансного панельного акустического элемента путем прикрепления кромки к раме 21 посредством клея 22;FIG. 2 is a sectional view showing the option of clamping / limiting the edge of the resonant acoustic panel element by attaching the edge to the frame 21 by means of glue 22;

фиг. 3 и ЗА - частичные вид в изометрии и вид в разрезе пластмассового, полученного литьем под давлением изделия 35, образованного в виде стенки, имеющей ребра 36 жесткости, которые пересекаются с прямоугольным бортиком 31, для ограничения кромки акустически активной области 30 панели, при этом бортик 31 также образован выступающими ребрами, которые повышают жесткость кромок рабочей области 30 панели;FIG. 3 and FOR - partial view in isometric and sectional view of a plastic injection-molded product 35 formed in the form of a wall having stiffening ribs 36 that intersect with a rectangular rim 31 to limit the edge of the acoustically active panel area 30, while the rim 31 is also formed by protruding ribs that increase the rigidity of the edges of the working area 30 of the panel;

фиг. 4 - частичный вид в изометрии резонансного панельного акустического элемента 40, натянутого поверх рамы 41 и зажатого на кромках окружающим, зажимающим рамным элементом 42;FIG. 4 is a partial isometric view of a resonant panel acoustic element 40 stretched over the frame 41 and clamped on the edges by a surrounding, clamping frame element 42;

фиг. 4А - частичный вид в разрезе варианта осуществления по фиг. 4;FIG. 4A is a partial sectional view of the embodiment of FIG. four;

фиг. 4В - частичный вид в разрезе, аналогичный виду на фиг. 4А, альтернативного варианта осуществления резонансного, натянутого панельного акустического элемента;FIG. 4B is a partial sectional view similar to that of FIG. 4A of an alternative embodiment of a resonant, stretched acoustic panel element;

фиг. 5А, В - графики, показывающие частотную характеристику резонансных панельных элементов с размерами А4 и А5 соответственно, на которых кривые, показанные жирными линиями, относятся к панелям с зажатой кромкой, а кривые, показанные тонкими линиями, относятся к панелям со свободной кромкой или к подвешенным панелям с упругой кромкой;FIG. 5A, B are graphs showing the frequency response of resonant panel elements with dimensions A4 and A5, respectively, in which the curves shown in bold lines refer to panels with a clamped edge, and the curves shown in thin lines refer to panels with a free edge or suspended panels with elastic edge;

фиг. 6А, В и 7А, В, и 8А, В - графические зависимости механического импеданса от частоты для выбранных отношений размеров панельных элементов с зажатой кромкой;FIG. 6A, B and 7A, B, and 8A, B - graphical dependence of the mechanical impedance on the frequency for the selected size ratios of the panel elements with the clamped edge;

фиг. 9А, В, С - графические представления сглаженной обратной величины среднеквадратического отклонения для различных мест расположения средства преобразователя;FIG. 9A, B, C are graphical representations of the smoothed return value of the standard deviation for different locations of the converter means;

фиг. 10 - рассчитанные кривые механического импеданса одной четверти панели в случае зажатия одной кромки панельного элемента;FIG. 10 - calculated mechanical impedance curves of one quarter of the panel in the case of clamping one edge of the panel element;

фиг. 11 - графики для панели с зажатой кромкой и разными отношениями размеров;FIG. 11 - graphics for the panel with the clamped edge and different size ratios;

фиг. 12А-Н - кривые измеренного механического импеданса одной четверти панели для различных отношений размеров;FIG. 12A-H - curves of the measured mechanical impedance of one quarter of the panel for different ratios of dimensions;

фиг. 13А-Н - кривые акустической выходной мощности, отсчитанной относительно опорного значения;FIG. 13A-H — acoustic output power curves measured relative to the reference value;

фиг. 14 - кривые обратной величины среднеквадратического отклонения мощности для различных отношений размеров;FIG. 14 shows the inverse curves of the standard deviation of power for various ratios of dimensions;

фиг. 15А-1 - объединенные кривые в полярных координатах акустической выходной мощности в случае низких резонансных мод для панельного элемента с зажатой кромкой и отношением размеров 1:3; и фиг. 16А-Э - кривые для сравнения выходной акустической мощности в случае конкретных конструкций панелей, различающихся размерами и/или жесткостью.FIG. 15A-1 are the combined curves in polar coordinates of the acoustic output power in the case of low resonant modes for a panel element with a clamped edge and an aspect ratio of 1: 3; and FIG. 16A-E are curves for comparing the output acoustic power in the case of specific panel designs that differ in size and / or stiffness.

На фиг. 1 и 2 показан акустический элемент, который является, по существу, прямоугольным и может иметь отношения размеров, считающиеся предпочтительными в Международной заявке № \¥О 97/09842, хотя, как будет показано, для решения общей задачи применимыми являются намного более широкие пределы отношений размеров, позволяющие получить высокую плотность мод и равномерность распространения мод в элементе.FIG. 1 and 2 show an acoustic element that is essentially rectangular and may have a size relationship that is considered preferable in International Application No. \ ¥ O 97/09842, although, as will be shown, much broader relationship limits are applicable to the solution of the general problem sizes, allowing to obtain a high density of modes and uniform distribution of modes in the element.

На фиг. 4 и 4А показан вариант осуществления резонансного акустического элемента 40, натянутого поверх прямоугольной по периметру рамы 41 и прикрепленной к прямоугольной по периметру раме посредством зажимающей рамы 42, чтобы удержать акустический элемент на месте. Растягивающая сила приложена к элементу 40 в направлении стрелки Р. В качестве варианта, как показано на фиг. 4В, зажимающая рама 42 может быть заменена средством 43 растяжения, включающем в себя, например, пружины 44 растяжения на раме 45, при этом средство растяжения прикреплено к кромке акустического элемента, чтобы натянуть элемент поверх прямоугольной по периметру рамы.FIG. 4 and 4A illustrate an embodiment of a resonant acoustic element 40 stretched over a frame 41 rectangular around the perimeter and attached to a frame rectangular around the perimeter by means of a clamping frame 42 in order to hold the acoustic element in place. A tensile force is applied to the element 40 in the direction of the arrow P. As an option, as shown in FIG. 4B, the clamping frame 42 may be replaced by a stretching means 43, including, for example, tension springs 44 on the frame 45, while the stretching means is attached to the edge of the acoustic element to stretch the element over the rectangular perimeter of the frame.

Возбудители колебаний различных видов, описанные, например, в Международной заявке № νθ 97/09842, могут быть расположены на акустических элементах согласно вариантам осуществления по фиг. 4, 4А и 4В, чтобы вызвать резонанс в акустических элементах для создания звукового сигнала с тем, чтобы акустические элементы могли работать как громкоговорители или узлы возбуждения громкоговорителей. Эти возбудители колебаний для ясности чертежей не показаны на фиг. 4, 4А и 4В.Various types of vibration exciters described, for example, in International Application No. νθ 97/09842, may be located on acoustic elements according to the embodiments of FIGS. 4, 4A and 4B to cause resonance in the acoustic elements to create a sound signal so that the acoustic elements can work as loudspeakers or excitation nodes of the loudspeakers. These oscillators are not shown in FIG. 2 for clarity of the drawings. 4, 4A and 4B.

Существенное ограничение или зажатие кромок панели позволяет использовать материалы с относительно низкой жесткостью (по сравнению с обычной практикой для панелей с, по существу, свободными кромками) и может способствовать снижению основных частот изгибных мод панелей, в том числе даже ниже уровней, реализуемых на практике в случае обычно более жестких панелей с, по существу, свободными кромками (и несмотря на эффективное ослабление самой низкочастотной моды свободных кромок при полностью зажатой панели). Например, в то время как пределы жесткости для панели со свободными кромками того вида, который описан в практическом примере в Международной заявке № νθ 97/09842, могут быть порядка от 0,1 до 50 Н-м, жесткость панели с зажатыми кромками аналогичного общего вида может быть ниже на, по меньшей мере, один порядок величины, даже вплоть до 0,001 Н-м. Кроме того, если пределы поверхностной плотности панелей со свободными кромками из указанных практических примеров могут быть от 100 до 1000 г/м², то поверхностная плотность панелей с зажатыми кромками может быть на много меньшей, даже вплоть до 25 г/м². Однако следует учесть, что значительно более жесткие и/или более плотные материалы могут быть использованы для этих акустических панелей, по существу, с ограниченными или зажатыми кромками, когда не требуется характеристика в области, по меньшей мере, самых низких частот. Такие области применения охватывают громкоговорители для воспроизведения верхних звуковых частот, сирены, устройства для воспроизведения ультразвука.A significant limitation or clamping of the panel edges allows the use of materials with relatively low rigidity (as compared with the usual practice for panels with essentially free edges) and can help reduce the basic frequencies of flexural modes of panels, including even below the levels implemented in practice in case of usually more rigid panels with essentially free edges (and despite the effective attenuation of the lowest-frequency mode of the free edges with the panel fully clamped). For example, while the stiffness limits for a panel with free edges of the kind described in the practical example in International Application No. νθ 97/09842 may be on the order of 0.1 to 50 Nm, the rigidity of the panel with clamped edges of the same overall the species may be lower by at least one order of magnitude, even up to 0.001 Nm. In addition, if the limits of the surface density of panels with free edges of these practical examples can be from 100 to 1000 g / m ² , then the surface density of panels with clamped edges can be much lower, even up to 25 g / m ² . However, it should be noted that much more rigid and / or denser materials can be used for these acoustic panels with substantially limited or clamped edges, when a characteristic is not required in the region of at least the lowest frequencies. Such applications include loudspeakers for reproduction of high-frequency frequencies, sirens, and devices for reproducing ultrasound.

Использование материалов панели с относительно низкой жесткостью может привести к более высокой частоте совпадения, например, выше обычного звукового диапазона, что может повысить равномерность направленности звука, исходящего из резонансной звуковоспроизводящей панели. Кроме того, менее жесткие панели могут дать существенное приращение плотности мод в нижних регистрах с вытекающим из этого улучшением качества звука.The use of materials of a panel with relatively low rigidity can lead to a higher frequency of coincidence, for example, above the normal sound range, which can increase the uniformity of sound from a resonant sound-reproducing panel. In addition, less rigid panels can give a significant increase in mode density in lower registers with the resulting improvement in sound quality.

Как показано заявителем, полезные варианты ограничения зажатия кромки/границы по всему контуру включают в себя эффективное ограничение/зажатие на меньшем интервале, которое для случая, по существу, прямоугольного панельного элемента/активной области может быть односторонним при его отсутствии на трех сторонах или обычно на двух параллельных сторонах при его отсутствии на двух других сторонах.As shown by the applicant, useful options for limiting the clamping of the edge / border along the entire contour include effective limiting / clamping over a smaller interval, which for the case of a substantially rectangular panel element / active area can be one-sided without it on three sides or usually on two parallel sides in its absence on the other two sides.

Излучающие звук элементы можно возбуждать любым из средств, предложенных в Международной заявке № νθ 97/09842, например, с помощью, по меньшей мере, одного инерционного электромеханического устройства возбуждения. Эти устройства возбуждения или одно устройство возбуждения можно разместить, чтобы возбудить излучающую панель, в любых подходящих геометрических местах (любом подходящем геометрическом месте) в пределах поверхности акустического элемента; в соответствии с принципами, изложенными в Международной заявке № νθ 97/09842, или в соответствии с результатами анализа механического импеданса, как в Международной заявке № РСТ/СВ 99/00404, или в местах, определенных экспериментально. Для ясности чертежа такие возбудители колебаний на фиг. 1 не показаны.Sound-emitting elements can be excited by any of the means proposed in International Application No. νθ97 / 09842, for example, using at least one inertial electromechanical excitation device. These excitation devices or a single excitation device can be placed to excite the emitting panel, in any suitable geometric locations (any suitable geometrical location) within the surface of the acoustic element; in accordance with the principles set forth in International Application No. νθ 97/09842, or in accordance with the results of mechanical impedance analysis, as in International Application No. PCT / CB 99/00404, or in places determined experimentally. For clarity, such pathogens in FIG. 1 not shown.

В Международной заявке № νθ 97/09842 указаны возбудители тех видов, которые можно применять, а места для расположения таких возбудителей можно определить в соответствии с одними и теми же принципами, изложенными в Международной заявке № νθ 97/09842 и/или в Международной заявке № РСТ/СВ 99/00404, в которой имеются отличия, касающиеся мест расположения, по сравнению с Международной заявкой № νθ 97/09842.The International Application No. νθ 97/09842 identifies the pathogens of those species that can be used, and the locations for the location of such pathogens can be determined in accordance with the same principles set forth in the International Application No. νθ 97/09842 and / or in the International Application No. PCT / CB 99/00404, in which there are differences concerning the location, compared with the International application number νθ 97/09842.

Некоторые полезные исследования резонансных панельных элементов с полностью зажатыми кромками, используемых в качестве активных акустических устройств или в таких устройствах, особенно в качестве громкоговорителей, впервые раскрыты в описании и на фиг. 11-16 находящейся в процессе одновременного рассмотрения Международной заявки № РСТ/ОВ 99/00404, поданной 9 февраля 1999 г., и эти фигуры повторены в настоящем описании как фиг. 6-11 соответственно. Конечно, эти исследования основаны на анализе с учетом параметров передачи мощности, особенно равномерности входной мощности, связанной, в частности, с механическим импедансом; и особенно зависящей от мест расположения преобразователей, от практически пригодных до оптимальных, и от формы панельных элементов, в частности, от отношений размеров, по меньшей мере, для, по существу, прямоугольных панельных элементов, и от мест расположения преобразователей на основе согласованных координат. Поэтому графики на фиг. 6А, В и 7А, В и 8А, В для механического импеданса относительно частоты в случае панельных элементов с выбранными отношениями размеров и с изотропной изгибной жесткостью дополнены графиками на фиг. 9 А, В, С для сглаженного механического импеданса, измеренного с помощью обратной величины среднеквадратического отклонения для случая расположения преобразователей в особенно перспективных местах. Точно рассчитанные выгодные отношения размеров, составляющие 1,160; 1,341 и 1,643, показаны совместно с аналогичным образом рассчитанными координатами предпочтительных мест расположения преобразователей, (0,437; 0,414), (0,385; 0,387) и (0,409; 0,439), соответственно. На фиг. 10 представлен график рассчитанного механического импеданса для одной четвертой части панели в случае отношения размеров 1,16, на котором видны области значительной протяженности, перспективные для расположения преобразователей, точнее, две такие отдельные области (заштрихованные). На фиг. 11 представлено сравнение таких предпочтительных отношений размеров и мест расположения преобразователей в случае зажатых кромок, в том числе для дополнительного отношения размеров 1,138.Some useful studies of resonant panel elements with fully clamped edges used as active acoustic devices or in such devices, especially as loudspeakers, are first disclosed in the description and in FIG. 11-16 being in the process of simultaneous consideration of International Application No. PCT / OV 99/00404, filed on February 9, 1999, and these figures are repeated in the present description as FIG. 6-11 respectively. Of course, these studies are based on analysis taking into account the parameters of power transmission, especially the uniformity of input power, related, in particular, to mechanical impedance; and especially dependent on the locations of the transducers, from practically suitable to optimal, and on the shape of the panel elements, in particular, on the size relationships, at least for the substantially rectangular panel elements, and on the transducer locations based on the agreed coordinates. Therefore, the graphs in FIG. 6A, B and 7A, B and 8A, B for mechanical impedance with respect to frequency in the case of panel elements with selected aspect ratios and with isotropic flexural rigidity are supplemented with graphs in FIG. 9 A, B, C for a smoothed mechanical impedance, measured using the inverse of the standard deviation for the case of the location of converters in particularly promising places. Precisely calculated advantageous size ratios of 1,160; 1,341 and 1,643, are shown together with similarly calculated coordinates of preferred transducer locations, (0.437; 0.414), (0.385; 0.387) and (0.409; 0.439), respectively. FIG. 10 shows a graph of the calculated mechanical impedance for one-fourth of the panel in the case of a size ratio of 1.16, which shows areas of considerable length that are promising for the location of converters, more precisely, two such separate areas (shaded). FIG. 11 shows a comparison of such preferred ratio of sizes and locations of transducers in the case of clamped edges, including for an additional ratio of sizes 1,138.

Выполненные дополнительные исследования основаны на реальных измерениях механической входной мощности для, по существу, прямоугольных резонансных панельных элементов, имеющих повышенные значения отношений размеров; и при этом в каждом случае осуществлялась привязка частотной характеристики к опорному значению или к прямой линии, расположенной по частоте на десятичный разряд выше частоты низшей действующей резонансной моды. Контурные кривые обратной величины среднеквадратического отклонения для одной четвертой части панели, полученные при такой привязке, приведенные на фиг. 12АН, включают в себя случаи тех же самых, ука занных выше, отношений размеров или близких к ним (фиг. 12А, В, Ό), и им соответствуют фиг. 13А-Н с привязкой частот к прямым линиям, при этом наиболее светлая раскраска/оттенок обозначает наиболее перспективное место расположения преобразователя (перспективные места расположения преобразователей), а при более высоких отношениях размеров разрывается на отдельные, практически пригодные области.The additional research carried out is based on real measurements of the mechanical input power for an essentially rectangular resonant panel element with elevated size ratios; and in each case, the frequency response was linked to the reference value or to a straight line located in frequency a decimal place above the frequency of the lowest effective resonant mode. The contour curves of the inverse of the standard deviation for one-fourth of the panel, obtained with this reference, are shown in FIG. 12AN, include cases of the same or above-indicated ratios of sizes or close to them (Fig. 12A, B, Ό), and they correspond to Figs. 13A-H with reference frequencies to straight lines, with the brightest coloring / shade indicating the most promising location of the transducer (promising transducer locations), and at higher aspect ratios it breaks into separate, practically suitable areas.

Расширение рамок этих дополнительных исследований на случай отношений размеров вплоть до 1:4 заслуживает внимания, может быть, главным образом потому, что подтверждает практическую пригодность формы, отклоняющейся от квадрата или близкой к нему. Без преувеличения, этого нельзя было ожидать на основании предшествующей основополагающей работы заявителя и существующих представлений относительно резонансных панельных элементов с кромками, по существу, свободными для изгибных колебаний. Кроме того, до настоящего времени неожиданное повышение рабочей мощности для отношения размеров 1,41, показанное в настоящем описании на фиг. 5А, В, дополнительно подтверждено для других, теперь уже исследованных отношений размеров. Дополнительное неожиданное заметное уменьшение критичности отношений размеров, необходимых для получения равномерных распределений частот резонансных мод, благоприятных для достижения звукового эффекта, дало основание для дальнейшего подробного рассмотрения и анализа. Нижеследующий результат получен в рамках упрощенной лучевой теории, по существу, для прямоугольных резонансных панельных элементов, имеющих, по существу, изотропную изгибную жесткость.Expanding the scope of these additional studies in the case of relations of sizes down to 1: 4 deserves attention, perhaps mainly because it confirms the practical suitability of a form deviating from or close to a square. Without exaggeration, this could not have been expected on the basis of the applicant’s prior fundamental work and existing ideas about resonant panel elements with edges that are essentially free for flexural vibrations. In addition, to date, an unexpected increase in operating power for the aspect ratio of 1.41, shown in the present description in FIG. 5A, B, further validated for other, now researched, dimensional relationships. An additional unexpected noticeable decrease in the criticality of the size ratios necessary for obtaining uniform frequency distributions of resonant modes, favorable for achieving the sound effect, provided grounds for further detailed consideration and analysis. The following result was obtained in the framework of the simplified ray theory, essentially for rectangular resonant panel elements having essentially isotropic flexural rigidity.

Общепринято утверждение из прежних работ/принципов, заключающееся в том, что для панельных элементов, по существу, со свободными кромками самая нижняя частота резонансных мод определяется размером самой длинной стороны, при этом лучше всего, если она согласована с размером самой короткой стороны, соответствующим следующей более высокой частоте резонансной моды и обеспечивающим получение связанного соответствующего ряда более высоких частот резонансных мод, значения которых, по существу, разнесены. Действительно, высокое отношение размеров для такой панели с, по существу, свободными кромками, будет приводить к появлению вторых (возможно, даже более высоких) частот резонансных мод панельного элемента, непосредственно обусловленных размером более длинной кромки, кроме того, более низких, чем первые, которые обусловлены размером более короткой стороны, в результате чего интервал (интервалы) между частотами будет (будут) слишком большим (большими) для действительно удов летворительной акустической характеристики, основанной на действии изгибных волн на таких рассматриваемых низких частотах.It is generally accepted from previous works / principles that for panel elements with essentially free edges, the lowest frequency of the resonant modes is determined by the size of the longest side, while it is best if it is consistent with the size of the shortest side corresponding to the following a higher frequency of the resonant mode and providing a corresponding corresponding series of higher frequencies of resonant modes, the values of which are essentially separated. Indeed, a high aspect ratio for such a panel with essentially free edges will result in the appearance of second (possibly even higher) frequencies of the resonant modes of the panel element, directly caused by the size of the longer edge, moreover, lower than the first, which are due to the size of the shorter side, with the result that the interval (intervals) between the frequencies will (will) be too large (large) for a truly satisfactory acoustic characteristic based on and bending waves at such considered low frequencies.

В противоположность указанному, для первой эффективной частоты резонансной моды в резонансном панельном элементе с полностью зажатыми кромками необходим эффективный вклад первой резонансной моды, обусловленной кромкой с меньшей длиной, т.е. первая комбинационная мода колебания пластины для двух рядов (ίχι, ίχ₂ ... ίχη) и (ίγι, 1у2 ... 1уп) в случае осей х, у, параллельных кромкам, описывается спектральным уравнением резонансных мод:In contrast to the above, for the first effective frequency of the resonant mode in a resonant panel element with fully clamped edges, an effective contribution of the first resonant mode due to an edge with a shorter length, i.e. the first combination plate oscillation mode for two rows (ίχι, ίχ ₂ ... χη) and (ίγι, 1у2 ... 1up) in the case of x, y axes parallel to the edges is described by the spectral equation of resonant modes:

£*Упт = л/(^£хп)^{2 +} (£Ут)² ' где: η > 1, т > 1.£ * Fct = l / ( ^£ xn) ^{2 +} (£ Um) ² 'where: η> 1, m> 1.

Из этого квадратичного соотношения следует, что при высоком отношении размеров можно получить последовательность близко расположенных частот резонансных мод, обусловленных вкладами последующих рядов более высокого порядка, связанных с более длинными краями, раньше следующего вклада от последующих рядов более высокого порядка, связанных с более короткими кромками. На фиг. 14 представлен график зависимости обратной величины максимального среднеквадратического отклонения мощности от отношения размеров и показано повышение равномерности мощности (выше самой нижней эффективной резонансной моды) с увеличением отношения размеров, достигающее максимума при значении около 1:3. Действительно, при более высоких отношениях размеров для элементов, закрепленных на границах, имеются более близко расположенные частоты резонансных мод, тогда как противоположное справедливо по отношению к панелям с относительно свободными краями из Международной заявки № АО 97/09842.From this quadratic relation, it follows that for a high aspect ratio, a sequence of closely spaced resonant mode frequencies can be obtained due to the contributions of subsequent higher order series, associated with longer edges, before the next contribution from subsequent higher order series, associated with shorter edges. FIG. 14 shows a plot of the reciprocal of the maximum mean-square deviation of power versus size ratio, and an increase in power uniformity (above the lowest effective resonance mode) with an increase in the size ratio, reaching a maximum at a value of about 1: 3. Indeed, at higher aspect ratios for elements fixed at the boundaries, there are more closely spaced frequencies of the resonant modes, whereas the opposite is true for panels with relatively free edges from International Application No. AO 97/09842.

Конечно, этот результат никоим образом не умаляет хороших и полезных результатов для акустических устройств с использованием резонансных панельных элементов с меньшим отношением размеров, полностью зажатых по кромкам; которые также являются вполне применимыми, обеспечивая требуемую работу акустического устройства в результате разнесения частот резонансных мод, как это предопределено путем вышеуказанного анализа и к тому же указано в Международной заявке РСТ/ОВ 99/00404.Of course, this result in no way detracts from the good and useful results for acoustic devices using resonant panel elements with a smaller aspect ratio, completely clamped along the edges; which are also quite applicable, ensuring the required operation of the acoustic device as a result of separation of the frequencies of the resonant modes, as predetermined by the above analysis and also indicated in the International PCT / OB 99/00404 application.

Однако существуют значительно большие возможности для проектирования. В каждом конкретном случае и в зависимости от предполагаемого применения акустических устройств конкретный спектр частот резонансных мод, очевидно, будет изменяться в зависимости от отношения размеров при заданной изгибной жесткости или от их отношений; и часто выбор должен делаться на основе результатов расче тов, измерений или интуитивно с тем, чтобы получить нужную или приемлемую характеристику акустического устройства.However, there are significantly greater opportunities for design. In each particular case and depending on the intended use of acoustic devices, the specific frequency spectrum of the resonant modes will obviously vary depending on the ratio of dimensions for a given flexural rigidity or on their relations; and often the choice must be made on the basis of the results of calculations, measurements, or intuitively in order to obtain the desired or acceptable characteristic of the acoustic device.

Еще один показатель установлен и исследован, а именно акустический эффект и характеристика на оси и/или вне ее, различия между которыми могут быть существенными; и он может быть полезным/эффективным при проектировании конкретных акустических устройств для конкретных областей применения, особенно, когда такие различия могут быть безусловно желательными или могут быть нежелательными, или когда некоторая конкретная комбинация является предпочтительной или приемлемой. На фиг. 15Ά-Ι показаны графики в полярных координатах нижних частот резонансных мод для одного резонансного панельного элемента с отношением размеров 1:3, и в каждом случае показаны характеристики в горизонтальной (сплошная линия) и вертикальной (пунктирная линия) плоскостях, т.е. при большем размере по горизонтали или вертикали соответственно. Обычно, как и ожидалось, диаграммы направленности при излучении являются существенно различными, т.е. в плоскости меньшей длины они как правило более сглажены, а в плоскости большей длины являются более диффузными. Параметры выбора при проектировании любой конкретной конструкции панельного элемента включают в себя приемлемость более высокой частоты из самой низкой резонансной, непосредственно зависящей от отношения размеров; приемлемость направленности, когда колебания панельного элемента заметно различаются по разным осевым направлениям; из этого логически вытекает различная равномерность мощности в соответствующих плоскостях излучения; связанный с указанным выбор ориентации или пространственного положения панельного элемента при использовании; и приемлемый компромисс между равномерностью мощности в различных плоскостях и/или зависимость равномерности полной мощности от подобных или иных характеристик в горизонтальной/вертикальной или азимутальной/угломестной плоскостях.Another indicator has been established and investigated, namely the acoustic effect and the characteristic on the axis and / or outside it, the differences between which may be significant; and it may be useful / effective in designing specific acoustic devices for specific applications, especially when such differences may be clearly desirable or undesirable, or when some particular combination is preferred or acceptable. FIG. 15Ά-Ι shows plots in polar coordinates of the lower frequencies of the resonant modes for one resonant panel element with an aspect ratio of 1: 3, and in each case the characteristics are shown in the horizontal (solid line) and vertical (dashed line) planes, i.e. with a larger horizontal or vertical size, respectively. As usual, as expected, radiation patterns in radiation are significantly different, i.e. in the plane of shorter length, they are usually smoother, and in the plane of greater length they are more diffuse. The design parameters for the design of any particular panel element design include the acceptability of a higher frequency of the lowest resonant, directly dependent on the ratio of dimensions; acceptability of directionality, when the fluctuations of the panel element differ markedly in different axial directions; from this it follows logically different power uniformity in the corresponding radiation planes; associated with the specified choice of orientation or spatial position of the panel element in use; and an acceptable compromise between the uniformity of power in different planes and / or the dependence of the uniformity of the total power on similar or other characteristics in the horizontal / vertical or azimuthal / elevation planes.

Панельный элемент по фиг. 16А содержит на алюминиевой сотовой панели толщиной 4 мм покрытие из черного стекла толщиной 0,05 мм, в результате чего достигаются, по существу, изотропная изгибная жесткость 12,26 Н-м, поверхностная плотность 0,76 кг/м² и частота совпадения 4,6 кГц. Панельный элемент по фиг. 16В содержит на сотовой панели Рохасел (КоИасе11) толщиной 1,8 мм покрытие из черного стекла толщиной 0,102 мм, в результате чего достигаются, по существу, изотропная изгибная жесткость 2,47 Н-м, поверхностная плотность 0,60 кг/м² и частота совпадения 9,1 кГц. Панельный элемент по фиг. 16С содержит на сотовой панели Рохасел (Койасе11) толщиной 1,5 мм покрытие Мелинекс (Ме1шех, зарегистрированный товарный знак) толщиной 0,05 мм, в результате чего достигаются, по существу, изотропная изгибная жесткость 0,32 Н-м, поверхностная плотность 0,35 кг/м² и частота совпадения 19,2 кГц. Все эти панельные элементы имели сходное отношение размеров между 1,13 и 1,14 и возбуждались одинаковыми возбудителями с диаметром активной поверхности 13 мм и входным импедансом 8 Ом. Акустическую выходную мощность каждой панели измеряли при всех кромках панели, свободных для колебаний под действием резонансных изгибных волн, и при всех зажатых кромках для противодействия таким колебаниям. Из фиг. 16А-С видно, что при зажатии достигается существенное повышение акустической выходной мощности ниже частоты совпадения, однако не выше, так что зажатие наиболее выгодно проявляется при более высокой частоте совпадения и, следовательно, при меньшей изгибной жесткости панели.The panel element of FIG. 16A contains, on a 4 mm thick aluminum honeycomb, a black glass coating of 0.05 mm thickness, with the result that a substantially isotropic flexural rigidity of 12.26 Nm, a surface density of 0.76 kg / m ² and a coincidence frequency of 4 are achieved 6 kHz. The panel element of FIG. 16B contains on the Rohasel (CoIase 11) honeycomb panel with a thickness of 1.8 mm a black glass coating with a thickness of 0.102 mm, as a result of which an essentially isotropic flexural rigidity of 2.47 Nm, a surface density of 0.60 kg / m ^2, and coincidence rate of 9.1 kHz. The panel element of FIG. 16C contains on the Rohasel (Koyase 11) honeycomb panel with a thickness of 1.5 mm, Melinex coating (Me1sheh, registered trademark) 0.05 mm thick, resulting in a substantially isotropic flexural rigidity 0.32 Nm, surface density 0 , 35 kg / m ² and a coincidence rate of 19.2 kHz. All of these panel elements had a similar aspect ratio of between 1.13 and 1.14 and were excited by the same pathogens with an active surface diameter of 13 mm and an input impedance of 8 ohms. The acoustic output power of each panel was measured with all the edges of the panel free to oscillate under the action of resonant bending waves, and with all the clamped edges to counteract such oscillations. From FIG. 16A-C, it is seen that with clamping a significant increase in acoustic output power is achieved below the coincidence frequency, but not higher, so that clamping is most beneficial at a higher coincidence frequency and, therefore, at a lower flexural rigidity of the panel.

Панельные элементы по фиг. 16Ό-Ε имеют ту же самую жесткую конструкцию, как по фиг. 16 А, но большие размеры, а именно 360 мм на 315 мм и 545 мм на 480 мм соответственно, по сравнению с размерами 260 мм на 230 мм для фиг. 16А-С; и подтверждается, что полное зажатие повышает акустическую выходную мощность вниз от частоты совпадения до самой низкой частоты резонансной моды панельного элемента, проявляющей свое действие, в частности, до примерно 400 Гц для меньших панельных элементов (фиг. 16А-С) и ниже для более крупных и самых крупных панельных элементов. Кроме того, имеет смысл отметить, что в более крупных панельных элементах формы мод находятся ближе к синусоидальной волне при заданной частоте.The panel elements of FIG. 16Ό-Ε have the same rigid construction as in FIG. 16 A, but large dimensions, namely 360 mm by 315 mm and 545 mm by 480 mm, respectively, compared with 260 mm by 230 mm for FIG. 16A-C; and it is confirmed that a full clamping increases the acoustic output power down from the coincidence frequency to the lowest frequency of the resonant mode of the panel element, manifesting its effect, in particular, to about 400 Hz for smaller panel elements (Fig. 16A-C) and lower for larger and the largest panel elements. In addition, it makes sense to note that in the larger panel elements of the mode form are closer to a sine wave at a given frequency.

Для всех этих панельных элементов были сделаны контрольные измерения механической входной мощности при возбуждении со свободными для колебания кромками и с кромками, полностью зажатыми, и показано, что все панельные элементы отбирают почти одну и ту же мощность.For all these panel elements, control measurements were made of the mechanical input power upon excitation with edges free for oscillation and with the edges completely clamped, and it was shown that all panel elements select almost the same power.

Может представлять интерес рассмотрение предположения, дополнительно к концепции Международной заявки № XVО 97/09842, относительно отсутствия полезного излучения звука ниже частоты совпадения, основанное на теории, заключающейся в том, что такое излучение следует ожидать при идеальных синусоидальных волнах в бесконечной пластине; а также предположения, из которых логически вытекают идеи Международной заявки № νθ 97/09842, ясно устанавливающие, что полезное излучение звука возможно в конечной пластине ниже частоты совпадения, т.е., что такое излучение исходит от участков конечной пластины, которые колеблются с отклонением от идеального синусоидального распределения, что проявляется главным образом в случае самых низ ких частотных мод, при этом как вблизи возбуждающего преобразователя, так и на кромках, которые свободны для колебания, и, поэтому, безусловно, до настоящего времени обращали внимание на последнее. Однако теперь из самой идеи очевидно, что ограничение кромок, особенно для того, чтобы иметь возможность осуществить полезную акустическую связь колебаний при изгибных волнах с воздухом, существенно повышает отдачу ниже частоты совпадения. Это, конечно, происходит применительно к акустической выходной мощности, связанной явным образом с неизбежными потерями в резонансном панельном элементе, а в ближнем звуковом поле последние, по меньшей мере, заметно уменьшаются при ограничении кромки, эффективно исключающем акустическое короткое замыкание вокруг такой ограниченной кромки (таких ограниченных кромок).It may be of interest to consider the assumption, in addition to the concept of International Application No. XVО 97/09842, regarding the absence of useful sound radiation below the coincidence frequency, based on the theory that such radiation should be expected with ideal sinusoidal waves in an infinite plate; as well as the assumptions from which the ideas of the International Application No. νθ 97/09842 logically follow, clearly establishing that the useful sound radiation is possible in the final plate below the coincidence frequency, that is, that such radiation comes from sections of the final plate that fluctuate with a deviation from the ideal sinusoidal distribution, which is manifested mainly in the case of the lowest frequency modes, while both near the exciting transducer and on edges that are free to oscillate, and therefore, of course, to the present of the time we pay attention to the latter. However, now it is obvious from the very idea that limiting the edges, especially in order to be able to carry out the useful acoustic coupling of vibrations with bending waves to air, significantly increases the recoil below the coincidence frequency. This, of course, occurs in relation to acoustic output power, which is explicitly associated with the inevitable losses in the resonant panel element, and in the near sound field, the latter are at least noticeably reduced when the edge is limited, effectively excluding an acoustic short circuit around such a limited edge (such limited edges).

По-видимому, разумно увязать повышенную акустическую связь с воздухом ниже частоты совпадения с отражением такой энергии, которая в противном случае будет теряться в ближнем звуковом поле, если только исходить из того, что такая энергия заключается в колебании изгибных волн из-за частот резонансных мод панельного элемента, находящихся внутри представляющего интерес звукового диапазона, и должна выходить из панельного элемента в виде звуковой энергии, независимо от улучшения связи с воздухом за счет ограниченных кромок или середины панельного элемента.Apparently, it is reasonable to link the increased acoustic coupling to the air below the coincidence frequency with the reflection of such energy that would otherwise be lost in the near sound field, if we only assume that such energy consists in the oscillation of bending waves due to the frequencies of the resonant modes. panel elements that are within the audio band of interest, and should come out of the panel element in the form of sound energy, regardless of improved communication with air due to limited edges or mid-pan ceiling elements element.

Конечно, ситуация выше частоты совпадения остается неизменной. Все это предполагает, что резонансные моды панельных элементов с ограниченной кромкой неизбежно существуют без крутильных мод колебаний, которые эффективно снижаются или исключаются при ограничении кромки, предпочтительно - зажатии.Of course, the situation above the coincidence rate remains unchanged. All this suggests that the resonant modes of the panel elements with a limited edge inevitably exist without torsional vibration modes that are effectively reduced or eliminated when the edge is limited, preferably clamped.

Дополнительные исследования были проведены относительно выгодного места расположения второго преобразователя, в основу которых положен измеренный эффект при использовании перемещаемого/передвигаемого с места на место второго преобразователя; и с учетом дискретного ограничения/зажатия кромки при использовании инерционных масс в локализованных местах. Результат относительно мест расположения второго преобразователя в основном подчеркнул объем и сложность взаимодействия между эффектами в резонансном панельном элементе с двумя преобразователями. Действительно, наилучшие найденные места для расположения второго преобразователя с учетом выгодно расположенного первого преобразователя в случае резонансного панельного элемента, по существу, прямоугольной формы и с, по существу, изотропной изгибной жесткостью были на самом деле в центре или вблизи центра и в местах, находящихся на трех четвертях длины вдоль осей (или вблизи них), соединяющих одну четверть панели, в которой был расположен первый преобразователь, и при этом качество звукового сигнала ухудшалось (хотя без сомнения было практически пригодным для некоторых областей применения). Результат для случая дискретного ограничения/зажатия был особенно интересным, поскольку указал на потенциальную возможность полезного перехода от эквивалентного близкого к непрерывному ограничению/зажатию для влияния на полосовой фильтр звуковых частот, характеристика которого зависит от промежутков между зажатыми участками и соотношения (соотношений) с длинами изгибных волн в рассматриваемом панельном элементе.Additional studies have been carried out on the favorable location of the second transducer, which is based on the measured effect when using the movable / movable from one place to another transducer; and taking into account the discrete limitation / clamping of the edge when using inertial masses in localized places. The result regarding the locations of the second transducer mainly emphasized the volume and complexity of the interaction between the effects in the resonant panel element with two transducers. Indeed, the best locations found for the location of the second transducer, taking into account the advantageously located first transducer, in the case of a resonant panel element of essentially rectangular shape and with essentially isotropic flexural rigidity, were actually in the center or near the center and in places located on three-quarters of the length along the axes (or near them) connecting one-fourth of the panel in which the first transducer was located, while the quality of the sound signal deteriorated (although there was no doubt rakticheski suitable for some applications). The result for the case of discrete limitation / clamping was particularly interesting, because it indicated the potential possibility of a useful transition from an equivalent close to continuous limitation / clamping to influence the band-pass sound filter, the characteristic of which depends on the gaps between the clamped sections and the ratio (ratios) with bending lengths waves in the considered panel element.

Claims

1. An acoustic device based on the action of bending waves and capable of operating below the coincidence frequency, comprising a resonant flexural-wave panel having an acoustically active region, characterized in that it comprises means at least partially limiting the acoustically active region, and this limiting means significantly limits the panel with respect to flexural-wave vibrations, is located on the peripheral edge of the acoustically active region and is located continuously along at least 25% of the decree edge.

2. The device according to claim 1, characterized in that it comprises a bending vibration transducer located on the panel for excitation in the resonance panel to generate acoustic feedback.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the limiting means determines the acoustically active region within the panel.

4. The device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the acoustically active region is essentially rectangular.

5. The device according to claim 4, characterized in that the limiting means is located along one side of the acoustically active region.

6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the limiting means is also located along the opposite, parallel side of the acoustically active region.

7. The device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the limiting means is located along each edge of the acoustically active region.

8. The device according to claim 7, characterized in that the flexural rigidity of the panel in the acoustically active region is less than 5 newtonometer (Nm).

9. The device according to claim 8, characterized in that said bending stiffness is more than 0.001 newtonometer (Nm).

10. The device according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the surface density of the acoustically active region is more than 25 g / m ² .

11. The device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the acoustically active region has an isotropy of bending stiffness.

12. The device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the acoustically active region has a bi-directional anisotropy of bending stiffness.

13. The device according to any one of claims 2 to 10, characterized in that the acoustically active region has a distribution of bending stiffness, consistent with the desired favorable location for the Converter means.

14. The device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the acoustically active region is essentially rectangular with an isotropy of its bending stiffness and has a size ratio between 1: 1 and 1: 1.5.

15. The device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the acoustically active region is essentially rectangular with an isotropy of its bending stiffness and has a size ratio of more than 1: 1.5.

16. The device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the acoustically active region is essentially rectangular with an isotropy of its bending stiffness and has a size ratio of 1: 3 or more.

17. The device according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the panel is mechanically stretched.

18. The device according to 17, characterized in that the panel is stretched in two mutually perpendicular directions.

19. The device according to p. 18, characterized in that the tension in two directions is the same.

20. The device according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the limiting means is made in one piece with the panel.

21. The device according to claim 20, characterized in that the limiting means is molded in one piece with the panel.