ES2908079T3 - Elemento de suspensión para suspender el diafragma de un controlador de altavoz a su chasis, así como un controlador y altavoz que comprenden dicho elemento - Google Patents
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Abstract
Un elemento de suspensión (100) para suspender el diafragma (300) de un controlador de altavoz a su chasis (400), el elemento de suspensión (100) teniendo una geometría que comprende solo dos primeras secciones rectas opuestas (130) y solo dos segundas secciones curvas opuestas (110) que conectan las primeras secciones (130) para coincidir con la geometría del diafragma, en donde las segundas secciones curvas (110) tienen un radio de curvatura más pequeño que el de las primeras secciones (130), y las primeras secciones (130) tienen una rigidez axial mayor que las segundas secciones curvas (110), caracterizado por que: el elemento de suspensión se extiende ya sea hacia atrás o hacia delante, y por que - la altura media del perfil en sección transversal radial de las segundas secciones curvas (110) es más alta que la altura del perfil en sección transversal de las primeras secciones (130).
Description
DESCRIPCIÓN
Elemento de suspensión para suspender el diafragma de un controlador de altavoz a su chasis, así como un controlador y altavoz que comprenden dicho elemento
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la reproducción del sonido. En particular, la invención se refiere a la suspensión de un diafragma de un controlador de altavoz. De manera más específica, la invención se refiere a un elemento de suspensión de altavoz según la porción de preámbulo de la reivindicación 1.
Antecedentes de la técnica
Los controladores recíprocos utilizados en altavoces normalmente incluyen un chasis, que forma la estructura mecánica rígida para el controlador, un diafragma vibratorio, que se acciona axialmente por medio de fuerzas de inducción electromagnéticas generadas por corriente alterna, y un elemento de suspensión que rodea el diafragma y lo acopla elásticamente al chasis. Es fundamental que el movimiento del diafragma se controle de manera precisa y exacta, lo cual es una cuestión de diseño del elemento de suspensión. Idealmente, el movimiento del diafragma es lineal o, en otras palabras, el movimiento del diafragma en la dirección axial es directamente proporcional a la magnitud de la corriente alterna que se aplica al controlador. Si el movimiento del diafragma es no lineal, entonces el sonido se distorsiona.
En términos generales, el objeto es proveer un elemento de suspensión progresiva con rigidez bastante constante para pequeños desplazamientos y una rigidez rápidamente creciente para grandes desplazamientos. Por consiguiente, un elemento de suspensión progresiva ideal añadirá bajas cantidades de no linealidad (distorsión) al movimiento del diafragma para pequeños desplazamientos mientras que también protegerá el controlador frente a todo daño durante grandes excursiones.
El elemento de suspensión circundante de un controlador de altavoz es más fácil de diseñar cuando la forma del elemento de suspensión es esencialmente redonda en relación con la dirección de movimiento del diafragma del controlador. En dicha configuración, hay una simetría axial y la fuerza ejercida por el elemento de suspensión (que restablece el diafragma a su posición de descanso) es, en general, igual y simétrica en todas las ubicaciones alrededor del perímetro del elemento de suspensión. Normalmente, cuando la forma del elemento de suspensión es esencialmente redonda, el perfil en sección transversal del elemento de suspensión tiene la misma geometría alrededor de todo el perímetro del elemento de suspensión.
Las propiedades de suspensión del elemento de suspensión se expresan, normalmente, por medio del perfil de rigidez, a saber, un gráfico que traza la rigidez de la suspensión versus el desplazamiento del diafragma. Para un controlador de baja distorsión, la rigidez debe ser bastante uniforme para pequeños desplazamientos y la rigidez debe ser bastante simétrica, a saber, valores de rigidez bastante iguales para desplazamientos positivos y negativos.
El diseño de la suspensión del diafragma es más complicado cuando la geometría del diafragma no solo tiene secciones curvas sino también secciones rectas. De manera más precisa, el diseño de suspensión es más complejo para diafragmas que tienen secciones rectas unidas por curvas, a saber, una "forma de estadio". Un diseño de suspensión en "forma de estadio" a modo de ejemplo se describe en el documento JP H08102992 A, en donde se propone construir las secciones rectas de la suspensión con un perfil cerrado y las secciones curvas con un perfil abierto. Dichos controladores, en general, tienen una distribución desigual de las fuerzas ejercidas por el elemento de suspensión para restablecer el diafragma a su posición de descanso. Los perfiles de rigidez de dichos controladores pueden ser muy no lineales y la suspensión progresiva que debe evitar la sobreexcursión del diafragma para evitar el daño no siempre funciona como debería. Este tipo de no linealidad puede aparecer como distorsión en la curva de salida del altavoz.
Objeto de la invención
Es, por lo tanto, un objeto de la presente invención proveer un controlador de altavoz que no sufra altos niveles de distorsión provocados por la rigidez no lineal que comúnmente se encuentra en controladores que utilizan elementos de suspensión progresiva.
Es un objeto particular de la invención proveer un elemento de suspensión para un diafragma vibratorio, que tenga una geometría que represente dos secciones rectas opuestas paralelas y dos secciones curvas opuestas que conectan las dos secciones rectas, y cuyo diafragma tenga un perfil de rigidez más idealizado con un movimiento de diafragma lineal (baja distorsión) para pequeños desplazamientos y una rigidez rápidamente creciente para desplazamientos altos para evitar el daño del controlador que resulta de la sobreexcursión. También es un objeto de la presente invención redistribuir las fuerzas restauradoras ejercidas por el elemento de suspensión sobre el diafragma en una manera que reduzca los problemas provocados por patrones de
resonancia de onda estacionaria que añaden color no deseado al sonido. Mediante la combinación de medidas para el alivio de tensiones tangenciales con la redistribución de las fuerzas restauradoras del elemento de suspensión, se espera que el rango de excursión lineal pueda aumentarse más que con los diseños convencionales de altavoces.
Compendio
El objeto de la presente invención se logra con la ayuda de un elemento de suspensión innovador para suspender el diafragma de un controlador de altavoz a su chasis. El elemento de suspensión innovador tiene una geometría con solo dos primeras secciones rectas opuestas y solo dos segundas secciones opuestas, las cuales conectan las dos primeras secciones. Las segundas secciones tienen un radio de curvatura más pequeño que el de las primeras secciones. La altura del perfil del elemento de suspensión se extiende ya sea hacia atrás o hacia delante. La altura media del perfil en sección transversal radial de la segunda sección es más alta que la altura del perfil en sección transversal de las primeras secciones. Las primeras secciones tienen una rigidez axial mayor que las segundas secciones.
De manera más específica, el elemento de suspensión según la presente invención se caracteriza por la porción de caracterización de la reivindicación 1.
El objeto de la invención también se logra con un controlador y altavoz innovadores que representan dicho elemento de suspensión innovador.
Beneficios
Con ayuda de la presente invención, se obtienen beneficios considerables. Según el diseño innovador, la distorsión se reduce para pequeños desplazamientos, donde el diseño de los elementos de suspensión logra un comportamiento de desplazamiento bastante lineal. Por otro lado, el mismo diseño de suspensión provee protección de controlador adecuada mediante la generación de características de suspensión progresiva para un mayor desplazamiento fuera del rango de desplazamiento lineal. Si los principios de alivio de tensiones tangenciales se emplean en relación con el diseño innovador, puede aumentarse más el rango de desplazamiento lineal. Los principios de alivio de tensiones tangenciales se describen más adelante en el presente documento.
El elemento de suspensión innovador tiene un efecto ventajoso sorprendente adicional. Las pruebas llevadas a cabo en el elemento han revelado que el presente diseño también aumenta las frecuencias a las cuales ocurren los patrones de onda estacionaria. Los patrones de onda estacionaria son resonancias que colorean el sonido. Se aumenta el límite de frecuencia superior a la que el controlador puede usarse para la reproducción del sonido sin coloración de ondas estacionarias en el diafragma y elemento de suspensión.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describen realizaciones de la invención a modo de ejemplo en mayor detalle con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
La Figura 1 presenta una vista isométrica del elemento de suspensión según una realización,
la Figura 2 presenta una vista en alzado del elemento de suspensión de la Figura 1,
la Figura 3 presenta una vista en sección transversal longitudinal tomada a lo largo de la línea B-B' del elemento de suspensión de la Figura 1,
la Figura 4 presenta una vista detallada de la ondulación de la sección curva y de la transición entre la sección recta y la sección curva de la Figura 1,
la Figura 5 presenta una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea A-A' de la sección recta del elemento de suspensión de la Figura 1,
la Figura 6 presenta una vista isométrica del elemento de suspensión de la Figura 1 dispuesto para suspender un diafragma a un chasis de un controlador de altavoz, en donde el circuito magnético, bobina de voz y chasis se ilustran como una vista en corte parcial,
la Figura 7 presenta un gráfico que muestra la propiedad simétrica y el aumento progresivo de la rigidez total como una función del desplazamiento del elemento de suspensión de la Figura 1, a saber, la rigidez bastante no lineal de las secciones curvas y la rigidez dominante de las secciones rectas,
la Figura 8 presenta un gráfico que muestra una comparación entre la rigidez como una función del
desplazamiento del elemento de suspensión de la Figura 1 y la de una suspensión progresiva ideal,
la Figura 9 presenta un gráfico que muestra un perfil de rigidez de un elemento de suspensión con una geometría en sección transversal radial constante.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
El elemento de suspensión 100 según una realización incluye dos primeras secciones opuestas 130 que se conectan por dos segundas secciones opuestas 110 para coincidir con la geometría del diafragma 300. Las segundas secciones 110 son curvas y tienen un radio de curvatura más pequeño que el de las primeras secciones 130. En la realización que se ilustra en las Figuras 1 y 2, las primeras secciones 130 son esencialmente rectas, por medio de lo cual el radio de curvatura de dichas primeras secciones rectas 130 es aproximadamente infinito. Tras una inspección minuciosa, todos los cuerpos rectos tienen una ligera curvatura, pero, sin embargo, la segunda sección curva 130 es, en cualquier caso, más curva que la primera sección 130. En aras de la claridad, a continuación, se hace referencia a dichas primeras y segundas secciones como las secciones rectas y curvas 110, 130, respectivamente.
En efecto, el elemento de suspensión 100 incluye dos secciones rectas opuestas paralelas 130 y dos secciones no lineales opuestas 110, las cuales conectan las dos secciones rectas 130. La forma resultante se parece a la de un estadio o a la de una pista "ovalada". En el ejemplo ilustrado, las secciones no lineales 110 son curvas y tienen la forma de un semicírculo. Las secciones no lineales 110 pueden también tener la forma de múltiples giros o ángulos incrementales, lo cual llevaría a un semicírculo aproximado. Dado que la presente realización representa secciones curvas, se hará referencia, de aquí en adelante, a las secciones no lineales como secciones curvas en aras de la simplicidad. En la Figura 1 se omiten el chasis y el diafragma, los cuales también tienen una geometría similar, a saber, una "forma de estadio". En el presente contexto, el término forma o geometría de controlador o diafragma se refiere a la geometría del diafragma cuando se ve como una proyección ortográfica del controlador o geometría del diafragma en un plano en frente del controlador o diafragma, el plano siendo normal a la dirección de movimiento del diafragma y otras partes en movimiento del controlador.
En el presente contexto, el término dirección axial se refiere a la dirección a la cual el diafragma del controlador se configura para que se mueva. Respectivamente, el término dirección radial significa todas las direcciones normales a la dirección axial en cuestión. Además, el término hacia delante significa la dirección en la cual el diafragma se mueve en una dirección hacia fuera, lejos del interior (cavidad de aire) del recinto del altavoz. Por el contrario, el término hacia atrás significa lo opuesto de dirección hacia delante, a saber, la dirección en la cual el diafragma se mueve hacia dentro, hacia el interior del recinto del altavoz. Respectivamente, los términos frontal y posterior representan los lados del controlador que están en la dirección de direcciones hacia delante o hacia atrás.
Como también es aparente a partir de las Figuras 1 y 2, las secciones rectas y curvas 130, 110 se unen por una sección de transición 120. Las secciones de transición 120 son, preferiblemente, rectas, pero pueden también ser curvas. Las secciones de transición 120 tienen, en cualquier caso, una forma para transformarse del perfil de la sección recta 130 en el de la sección curva 110. A continuación, se elaboran el concepto de rigidez y los principios de dimensionamiento del elemento de suspensión.
En un sentido simplificado, rigidez es el derivado de la fuerza restauradora ejercida por el elemento de suspensión con respecto al desplazamiento, que, en el campo, se expresa como "5 fuerza/8 desplazamiento". Si la fuerza restauradora ejercida por el elemento de suspensión se traza como una función de desplazamiento, entonces el gradiente de la función graficada en cualquier punto en el gráfico provee la rigidez. De manera más precisa, la rigidez de un elemento de suspensión elástico no lineal se define como d(f)/dx, donde f es la fuerza restauradora ejercida por la suspensión, en Newtons, por ejemplo, y x es el desplazamiento desde la posición de descanso, en metros, por ejemplo.
Para ajustar la distribución de las fuerzas ejercidas por el elemento de suspensión y para hacer que la rigidez total del elemento de suspensión sea más lineal, diferentes perfiles en sección transversal se usan en varias ubicaciones alrededor del elemento de suspensión. Por ejemplo, la altura del perfil en sección transversal -y, por lo tanto, la longitud libre de material usada en el rollo del elemento de suspensión- puede aumentarse para reducir las fuerzas restauradoras ejercidas por el elemento de suspensión en dicha área particular. Por el contrario, la altura del perfil en sección transversal puede reducirse para aumentar las fuerzas restauradoras ejercidas por el elemento de suspensión en dicha área particular. Por consiguiente, es posible modificar la rigidez de las secciones curvas 110, las secciones rectas 130 y también las secciones de transición 120 mediante combinación de las dos para distribuir las fuerzas restauradoras ejercidas por el elemento de suspensión 100 en una manera que evite cargar los extremos lejanos del diafragma 400 excesivamente. Las fuerzas restauradoras ejercidas por el elemento de suspensión 100 pueden redistribuirse más cerca del medio del controlador. Ello resulta en la reducción de problemas que surgen de patrones de onda estacionaria y en el aumento de las frecuencias a las cuales ocurren las resonancias de onda estacionaria. Ello extiende el rendimiento de la frecuencia superior de un controlador.
Mediante la utilización de varias combinaciones de secciones rectas rígidas 130 del elemento de suspensión 100 combinadas con secciones del elemento de suspensión curvas menos rígidas, ocurre que una combinación ideal puede encontrarse a partir de simulaciones, lo cual provee un perfil de rigidez mucho más uniforme para pequeños desplazamientos. La combinación de secciones rectas rígidas 130 y secciones curvas menos rígidas 110 también provee un perfil de rigidez progresiva de buen funcionamiento que evita, con éxito, el daño al controlador 300 provocado por la sobreexcursión. La combinación de secciones rectas rígidas 130 y secciones curvas menos rígidas 110 crea un elemento de suspensión progresiva que funciona bien sin la linealidad que comúnmente se encuentra con dichos elementos de suspensión progresiva.
Ahora, con referencia a las Figuras 3 a 5, estas ilustran dichos principios de diseño al mostrar vistas en sección transversal del elemento de suspensión 100 según una realización.
La altura del perfil en sección transversal de la sección recta 130 determina el desplazamiento más allá del cual comienza la naturaleza progresiva del elemento de suspensión. La "altura libre" del rollo de elemento de suspensión es relevante dado que una vez que el material del elemento de suspensión se desenrolla, la rigidez aumenta bruscamente. Más "longitud libre" significa más desplazamiento antes de que la rigidez aumente bruscamente. La altura del perfil en sección transversal de la sección recta 130 se ajusta con cuidado mediante el uso de simulaciones para proveer la rigidez "más plana" en el área lineal del perfil de rigidez. Demasiada poca altura resulta en que los extremos de los perfiles de rigidez se elevan en el área lineal. Por el contrario, demasiada altura resulta en que los extremos de los perfiles de rigidez bajan en el área lineal. La altura de la sección recta 130 determina cuántas fuerzas restauradoras se centran cerca del medio del controlador. La sección recta es la más rígida, y tiene la mayor concentración de fuerza. El mantener dicha concentración de fuerza más alta tan cerca del eje del controlador como sea posible reduce las distancias del diafragma 300 y el elemento de suspensión 100 donde pueden ocurrir las ondas estacionarias. Distancias más cortas equivale a frecuencias más altas, y una frecuencia superior más alta en la cual el controlador puede usarse sin coloración de patrones de onda estacionaria.
Como puede verse a partir de las Figuras 3 a 5, la sección curva 110 del elemento de suspensión 100 es más alta que su sección recta 130. En particular, la altura media del perfil en sección transversal radial de la sección curva 110 es más alta que la altura del perfil en sección transversal de las secciones rectas 130 cuando se ven a lo largo de la circunferencia del elemento de suspensión 100. La altura aumentada del perfil en sección transversal de la sección curva 110 reduce la rigidez de las áreas curvas. La "longitud libre" del rodillo del elemento de suspensión es relevante dado que más "longitud libre" resulta, en general, en una rigidez más baja. Mediante el uso de perfiles en sección transversal más altos en las secciones curvas 110 en comparación con la altura de los perfiles en sección transversal de las secciones rectas 130, es posible reducir la rigidez de los elementos de suspensión en las secciones curvas. Si se usara el mismo perfil en sección transversal alrededor del elemento de suspensión 100, entonces las secciones curvas 110 serían, en verdad, mucho más rígidas que las secciones rectas 130. Ello está lejos de ser ideal, dado que es preferible concentrar las fuerzas restauradoras más cerca del medio del altavoz para reducir las distancias del diafragma y suspensión donde pueden ocurrir las ondas estacionarias. Distancias más cortas equivale a frecuencias más altas, y una frecuencia superior más alta en la cual el controlador puede usarse sin coloración de patrones de onda estacionaria.
Las secciones curvas 110 no tienen un perfil de rigidez lineal plano. Debido a ello, es preferible reducir el efecto de la rigidez de las secciones curvas no lineales. Dado que es deseable que la rigidez total del elemento de suspensión en su conjunto provea un movimiento lineal al diafragma 300, se prefiere reducir la rigidez de las secciones curvas no lineales y también aumentar la rigidez de las secciones rectas muy lineales hasta que la rigidez de todo el elemento de suspensión 100 luzca tanto como sea posible como el perfil de rigidez ideal.
La sección curva 110 se diseña, especialmente, para mitigar los efectos de un fenómeno conocido como tensión tangencial. El material del elemento de suspensión se estira cuando el diafragma se mueve en una dirección y se pliega en una dirección tangencial cuando el diafragma se mueve en la dirección opuesta. Dicho plegado tangencial también se llama pandeo o arrugamiento. Dichas fuerzas tangenciales hacen que la rigidez del elemento de suspensión sea muy no lineal dado que ocurren cambios repentinos de fuerzas a medida que el diafragma se mueve y la rigidez del elemento de suspensión no es constante. En las secciones curvas 110 del elemento de suspensión 100, donde el radio del elemento de suspensión es pequeño en comparación con el ancho radial del rodillo del elemento de suspensión, ocurren cantidades excesivas de fuerzas tangenciales, incluso para pequeños desplazamientos durante pequeñas excursiones. El radio del perímetro, por lo tanto, se selecciona para que sea significativamente mayor que el ancho radial del rodillo del elemento de suspensión del material para evitar problemas de tensiones tangenciales. Ello es más fácil de lograr cuando la forma del elemento de suspensión es esencialmente redonda a medida que el radio se maximiza. Para otras formas, hay áreas que tienen radios más pequeños. Las áreas con radios más pequeños son más susceptibles de problemas que surgen de tensiones tangenciales.
En general, se usan medidas para aliviar dicha tensión tangencial, incluida la formación de rollos del material del elemento de suspensión en la dirección tangencial. Ello permite que el material del elemento de suspensión se
expanda y contraiga suavemente en la dirección tangencial a medida que el diafragma se mueve sin los cambios repentinos en fuerzas que pueden ocurrir sin alivio de la tensión tangencial. La combinación de la invención con características de alivio de tensión tangencial permite eliminar el problema del pandeo, y una mayor extensión del rango de desplazamientos donde el movimiento es bastante lineal, lo cual permite, por consiguiente, excursiones más grandes sin alta distorsión.
Con el fin de proveer un alivio de la tensión tangencial, la sección curva 110 del elemento de suspensión 130 puede ondularse. La sección recta del elemento de suspensión no tiene dichas características adicionales que proveen alivio de la tensión tangencial dado que solo las secciones curvas sufren problemas de tensión tangencial. Según se describe más arriba, la altura media del perfil en sección transversal de las secciones curvas 110 es más alta que la de las secciones rectas 130 del elemento de suspensión 100. A lo largo de la longitud del elemento de suspensión 100, a saber, a lo largo de la circunferencia, la sección curva 110 tiene una altura media establecida y la altura se ondula hacia arriba y hacia abajo. La magnitud de las ondulaciones se expresa con 'A' en la Figura 4, mientras que el espaciado de las ondulaciones se denota con 'B'. La fluctuación en la altura A y la distancia entre picos B, a saber, la distancia entre puntos sucesivos de picos y bajos 111, 112 (Figura 5), son parámetros de diseño para la forma curva. La amplitud de ondulación A se reduce, de manera monótona, a cero cuando se mueve del punto más alto 111 en la sección transversal del elemento de suspensión 100 hacia abajo hasta el punto más bajo 112 en la sección de transición 120. El punto más bajo del perfil es esencialmente plano y hace contacto con el diafragma 300.
En lugar de ondulaciones, la rigidez y la tensión tangencial de la sección curva 100 pueden, de manera alternativa, controlarse por medio de crestas, ranuras, diferentes anchos y grosores de material, etc.
Según una realización preferible, las siguientes dimensiones pueden usarse para elementos de suspensión que tienen grosor de material de 0,5 mm; A = 1,25 mm y B = 5,3 mm, por medio de lo cual la altura máxima de la sección recta rígida 130 es de 5 mm y la altura máxima de la sección curva menos rígida 110 es de 10 mm. Las dos alturas de más arriba se miden del material de elemento de suspensión más bajo 112 al material del elemento de suspensión más alto 111 en las áreas indicadas en la Figura 5.
En el ejemplo dado, la dimensión A es bastante pequeña para evitar que los picos se conviertan en demasiado altos, lo cual tendría resonancias indeseables. En general, una interrelación adecuada entre las dimensiones A y el grosor del material es que A es alrededor del doble del grosor del material. Por lo tanto, A es aproximadamente el doble del grosor del material, por medio de lo cual B es aproximadamente 11 veces el grosor de material para proveer ángulos y alturas adecuadas para las ondulaciones. En el ejemplo dado, las alturas relativas de las secciones rectas y curvas 130, 110 son de 5 mm y 10 mm, respectivamente. En general, la altura del rollo de suspensión se relaciona con el ancho del rollo de suspensión, por medio de lo cual una relación de uno a uno entre ancho y altura forma una geometría que es cercana a un rollo de material semicircular. La altura de las secciones curvas puede extenderse para hacer que los rollos de suspensión sean más altos que lo que son de ancho. Ello reduce la rigidez de las secciones curvas mediante el aumento de la "longitud libre" según se explica más arriba. Un elemento de suspensión muy alto con una alta cantidad de masa también es susceptible de problemas de resonancia. Por lo tanto, es beneficioso mantener las secciones rectas cercanas a un rollo semicircular con una relación ancho-altura de aproximadamente uno a uno y luego extender la altura de las secciones curvas tanto como sea posible para proveer los perfiles de rigidez más ideales.
Es preferible seleccionar que la pendiente de las ondulaciones no sea muy inclinada, preferiblemente, de menos de 25° con respecto a la horizontal, dado que establecer las pendientes de las ondulaciones para que sean demasiado pendientes aumenta la cantidad de material usado y, por lo tanto, suma a la masa de las partes móviles. Sin embargo, una pendiente demasiado pequeña en las ondulaciones limitará el efecto del alivio de tensión transicional, por medio de lo cual aproximadamente 15 a 20° con respecto a la horizontal será el valor promedio adecuado para la pendiente de las ondulaciones.
Como puede también verse a partir de la Figura 4, la sección de transición 120 entre las secciones rectas y curvas 110, 130, respectivamente, provee una transición gradual de la altura de la sección recta 130 a la altura media de la sección curva 110 que se ondula que ocurren en la junta de la sección recta 130 y la sección curva 110. La longitud a lo largo del elemento de suspensión 100 donde ocurre dicho cambio de altura se marca con 'C' en la Figura 4. Por consiguiente, también la forma exacta de dicho perfil de cambio es un parámetro de diseño para la forma curva. Cuando se ve en la dirección axial, la sección transicional 120 es esencialmente recta.
Con respecto a la sección transicional 120, es preferible mantener la pendiente no muy inclinada dado que establecer la pendiente de la sección transicional para que sea inclinada aumenta la cantidad de material usado y, por lo tanto, añade a la masa de las partes móviles. En efecto, es preferible reducir la masa de las partes móviles dado que ello aumenta la eficiencia y promueve la sensibilidad. En términos generales, una pendiente de menos de 25° con respecto a la horizontal se prefiere en la sección de transición 120. En el ejemplo provisto más arriba, la dimensión C de 10,9 mm resultará en una pendiente de aproximadamente 25° con respecto a la horizontal. La dimensión C es, por lo tanto, aproximadamente poco más del doble del cambio en altura entre las secciones rectas y curvas 130, 110.
Varios materiales pueden usarse para construir el elemento de suspensión 100. Sin embargo, se prefiere que un material con el módulo de Young adecuado se seleccione con el fin de lograr la cantidad deseada de rigidez del elemento de suspensión 100 junto con un factor de pérdida alto, lo cual es deseable para amortiguar y controlar cualquier resonancia no deseada.
La Figura 6 muestra la estructura de un controlador equipado con el elemento de suspensión 100 como se muestra con referencia a las Figuras 1 a 5. El elemento de suspensión 100 se fija de su perímetro exterior al chasis 400 del controlador. El elemento de suspensión 100 se fija de su perímetro interior al diafragma 300, que se dirige por el formador de bobina de voz 200 en colaboración con el circuito magnético 500. Como es aparente a partir de la Figura 6, el elemento de suspensión 100 suspende el diafragma 300 de modo que la altura del perfil del elemento de suspensión 100 se extiende hacia atrás desde el diafragma. En otras palabras, el punto más bajo del elemento de suspensión 100 en sección transversal es más hacia delante que el punto más alto de su sección transversal. De manera alternativa, el elemento de suspensión 100 puede invertirse y usarse en una orientación opuesta, si se requiriese, con los picos apuntando hacia delante. Es una cuestión de elección según el espacio disponible en el diseño de altavoz completo.
El elemento de suspensión se fija, de manera rígida, al chasis. El elemento de suspensión se fija, con cuidado, al diafragma con cantidades controladas de pegamento para no añadir demasiada masa a las partes móviles. Puede usarse pegamento de refuerzo para evitar que el diafragma 300 se despegue del elemento de suspensión 100. Otras soluciones o materiales pueden añadirse a la unión entre el diafragma y el elemento de suspensión para amortiguar y controlar las resonancias no deseadas. Dicha unión entre el diafragma y el elemento de suspensión se ajusta, de manera cuidadosa, para controlar las ondas estacionarias y aumentar la frecuencia más alta en la cual el controlador puede usarse con calidad de sonido aceptable, o reducir la audibilidad de las resonancias de onda estacionaria si el controlador se usa en o por encima de las frecuencias de resonancia de ondas estacionarias.
Ahora, con referencia a las Figuras 7 y 8, estas muestran la rigidez del elemento de suspensión de la Figura 1, así como la rigidez de un elemento de suspensión ideal. Como puede verse a partir de la Figura 7, las fuerzas restauradoras se centran hacia las secciones rectas dado que estas tienen la mayor rigidez y, por lo tanto, las fuerzas dominantes que flexionan el diafragma entre la bobina de voz y las secciones rectas del elemento de suspensión.
Las fuerzas y los perfiles de rigidez calculados relativos las varias secciones del elemento de suspensión 100 se obtienen de software de análisis de elementos finitos. El perfil de rigidez total modelado del elemento de suspensión de la Figura 1 es la combinación total de todos los perfiles de rigidez relativos a las secciones rectas 130, secciones de transición 120 y también las secciones curvas 110. Mediante el uso de software de análisis de elementos finitos es posible separar la contribución de cada sección del elemento de suspensión 100 y, de esta manera, analizar cada sección de forma individual. El perfil de rigidez de "sección recta" muestra la porción de rigidez relativa a las secciones rectas 130 del elemento de suspensión 100 y el perfil de rigidez de "sección curva" muestra la porción de rigidez relativa a las secciones curvas 110 del elemento de suspensión 100.
La Figura 8 muestra cómo el perfil de rigidez "total" del elemento de suspensión de la Figura 1 se compara con un perfil de rigidez "ideal" para un elemento de suspensión progresiva. El perfil de rigidez para el perfil de rigidez "ideal" es plano en el rango lineal de desplazamientos que es aproximadamente de entre -0,006 y 0,006 metros. Dicha línea plana se corresponde con una rigidez constante y, por lo tanto, no se añade distorsión adicional al movimiento del diafragma y, por lo tanto, a la salida de sonido del controlador. También puede verse cómo la rigidez del elemento de suspensión "ideal" aumenta muy bruscamente los desplazamientos por debajo de -0,008 y los desplazamientos por encima de 0,008, ello es deseable para proteger el controlador de todo daño a sí mismo durante excursiones muy grandes.
Puede verse que, aunque las secciones curvas 110 tienen una altura media ampliamente aumentada (del perfil en sección transversal radial) y, por lo tanto, "longitud libre" aumentada, la rigidez de las secciones curvas 110 es relativamente alta cuando se compara con el perfil de rigidez de las secciones rectas 130. Si la geometría en sección transversal radial de la sección curva 110 fuera igual a la geometría en sección transversal radial de las secciones rectas 130, entonces los perfiles de rigidez de la sección curva 110 dominarían completamente los perfiles de rigidez. Ello es indeseable dado que el perfil de rigidez de las secciones curvas 110 no se parece al perfil de rigidez "ideal" (como se ve en la Figura 8) que se desea para un elemento de suspensión progresiva de baja distorsión. Por este motivo, es necesario reducir la contribución de las secciones curvas 110 indeseables de modo que la contribución más ideal de las secciones rectas 130 domine el perfil de rigidez total general para todo el elemento de suspensión 100.
Puede verse que el perfil de rigidez de "sección recta" (como se ve en la Figura 7) tiene cierta semejanza con el perfil de rigidez "ideal" de un elemento de suspensión progresiva en la Figura 8. En el rango de desplazamiento lineal que es aproximadamente de entre -0,006 y 0,006, la rigidez varía en aproximadamente 50%. El perfil de rigidez de la "sección recta" se eleva muy bruscamente para desplazamientos por debajo de -0,008 y
desplazamientos por encima de 0,008, ello es deseable para proteger el controlador de todo daño a sí mismo durante excursiones muy grandes.
Puede verse que el perfil de rigidez de la "sección curva" (como se ve en la Figura 7) no tiene semejanza alguna con el perfil de rigidez "ideal" de un elemento de suspensión progresiva en la Figura 8. En el rango de desplazamiento lineal que es aproximadamente de entre -0,006 y 0,006, la rigidez varía en aproximadamente 65%, lo cual es más no lineal que el perfil de rigidez de las secciones rectas. El perfil de rigidez de la "sección curva" no se eleva en absoluto para desplazamientos por debajo de -0,008 y desplazamientos por encima de 0,008, ello evita que el comportamiento progresivo funcione e inhabilita la protección que evita que el controlador se dañe a sí mismo durante excursiones muy grandes.
Puede verse que el perfil de rigidez "total" tiene una semejanza muy cercana con el perfil de rigidez "ideal" de un elemento de suspensión progresiva en la Figura 8. En el rango de desplazamiento lineal que es aproximadamente de entre -0,006 y 0,006, la rigidez varía en aproximadamente 17%, lo cual es mucho más lineal que los perfiles de rigidez individuales de la "sección recta" y de la "sección curva". El perfil de rigidez "total" se eleva muy bruscamente para desplazamientos por debajo de -0,008 y desplazamientos por encima de 0,008, ello es deseable para proteger el controlador de todo daño a sí mismo durante excursiones muy grandes. Con referencia, ahora, a la Figura 9, esta muestra el perfil de rigidez de un elemento de suspensión que tiene una geometría en sección transversal radial constante. El presente tipo de elemento de suspensión tiene la misma geometría en sección transversal de altura en las secciones rectas y también en las secciones curvas. No hay ondulaciones que se usen para aliviar dicha tensión tangencial. Como puede verse a partir de la Figura 9, se ha perdido la naturaleza progresiva del elemento de suspensión. En el rango de desplazamiento lineal que es aproximadamente de entre -0,006 y 0,006, la rigidez varía en aproximadamente 10%, que es, en efecto, muy lineal.
El perfil de rigidez de "geometría en sección transversal radial constante" no aumenta en absoluto para desplazamientos por debajo de -0,008 y desplazamientos por encima de 0,008, por lo tanto, la naturaleza progresiva del elemento de suspensión que es deseable para proteger el controlador de todo daño a sí mismo durante excursiones muy grandes se ha perdido.
La magnitud de la rigidez de la geometría en sección transversal radial constante es mucho más alta que la rigidez ideal. Se prefiere tener una rigidez baja, a saber, un diseño más conforme, para el elemento de suspensión. El diseño de baja rigidez se prefiere para lograr una baja resonancia de aire libre de controlador con una baja masa en movimiento.
Tabla 1: lista de números de referencia
Claims (14)
1. Un elemento de suspensión (100) para suspender el diafragma (300) de un controlador de altavoz a su chasis (400), el elemento de suspensión (100) teniendo una geometría que comprende solo dos primeras secciones rectas opuestas (130) y solo dos segundas secciones curvas opuestas (110) que conectan las primeras secciones (130) para coincidir con la geometría del diafragma, en donde las segundas secciones curvas (110) tienen un radio de curvatura más pequeño que el de las primeras secciones (130), y las primeras secciones (130) tienen una rigidez axial mayor que las segundas secciones curvas (110), caracterizado por que:
el elemento de suspensión se extiende ya sea hacia atrás o hacia delante, y por que
- la altura media del perfil en sección transversal radial de las segundas secciones curvas (110) es más alta que la altura del perfil en sección transversal de las primeras secciones (130).
2. El elemento de suspensión (100) según la reivindicación 1, en donde las segundas secciones curvas (110) comprenden desviaciones en la altura de la sección transversal circunferencial radial del elemento de suspensión (100).
3. El elemento de suspensión (100) según la reivindicación 1 o 2, en donde las segundas secciones curvas (110) están equipadas con formaciones que proveen alivio de tensiones tangenciales como, por ejemplo, crestas, ranuras o anchos o grosor de material variables.
4. El elemento de suspensión (100) según la reivindicación 1 o 2, en donde las segundas secciones curvas (110) del elemento de suspensión son axialmente onduladas a lo largo de dichas secciones (110).
5. El elemento de suspensión (100) según la reivindicación 4, en donde el elemento de suspensión (100) tiene un grosor de material, por medio del cual la amplitud (A) de ondulación entre una altura de bajo y de pico es aproximadamente el doble del grosor del material.
6. El elemento de suspensión (100) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la altura media del perfil en sección transversal radial de las segundas secciones curvas (110) es al menos el doble de la altura del perfil en sección transversal de las primeras secciones (130).
7. El elemento de suspensión (100) según la reivindicación 4 o 5 o 6 cuando depende de la reivindicación 4 o 5, en donde la pendiente de las ondulaciones de las segundas secciones curvas (110) es de menos de 25° con respecto a la horizontal.
8. El elemento de suspensión (100) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 5 a 7, en donde las primeras secciones (130) se conectan a las segundas secciones curvas (110) mediante secciones de transición rectas (120), cuya altura aumenta de la altura de las primeras secciones (130) a al menos la altura de bajo de la segunda sección curva (110).
9. El elemento de suspensión (100) según la reivindicación 8 cuando depende de cualquiera de las reivindicaciones 4, 5 o 7 o 6 cuando depende de la reivindicación 4 o 5, en donde la amplitud de ondulación de las segundas secciones curvas (110) se reduce de forma monótona a cero por las secciones de transición (120) cuando se examina desde el punto más alto (111) en la sección transversal de las segundas secciones curvas (110).
10. El elemento de suspensión (100) según la reivindicación 8 o 9, en donde las primeras secciones (130) y las secciones transicionales (120) son esencialmente rectas cuando se ven en la dirección axial.
11. El elemento de suspensión (100) según la reivindicación 9 o 10 u 8 cuando depende de cualquiera de las reivindicaciones 4, 5 o 7 o 6 cuando depende de la reivindicación 4 o 5, en donde la pendiente de las ondulaciones de las segundas secciones curvas (110) es de menos de 25° con respecto a la horizontal.
12. Un controlador de altavoz que comprende:
- un chasis (400),
- un diafragma (300),
- un elemento de suspensión (100) que se configura para suspender el diafragma (300) al chasis (400) axialmente, y
- el elemento de suspensión (100) según la reivindicación 1.
13. El controlador de altavoz según la reivindicación 12, en donde el elemento de suspensión (100) suspende el diafragma (300) de modo que el elemento de suspensión (100) se extiende hacia atrás.
14. Un altavoz que comprende el controlador de altavoz según se define por la reivindicación 12.
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