FI105879B - Kaiutin - Google Patents

Description

105879

KAIUTIN

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaista dynaamista kaiutinta. Dynaaminen kaiutin toimii akustista ääntä tuottavana äänilähteenä siten, että kaiutinelementin toimilaitteelle tuodaan haluttua ääntä vastaava sähköinen signaali 5 vahvistimelta, jolloin esim. toimilaitteena olevan magneetti-puhekelan puhekelaan kytketty kartio tai kalvo liikkuu sähköisen signaalin tahdissa. Kalvopinnan liike synnyttää silloin sähköistä signaalia vastaavan akustisen ääniaallon, joka etenee ympäristöön kuultavaksi ääneksi. Kalvo välittää puhekelan mekaanisen värähtelyliikkeen kaiutinta ympäröivän ilman edestakaiseksi liikkeeksi eli ääniaalloksi tehok-10 kaasti, koska sen on pinta-ala on itse puhekelaan verrattuna suuri.

Perinteisesti ja yleensä kaiutinkartion tai -kalvon ja siihen välittömästi liittyvien komponenttien tulee olla keveitä ja herkkäliikkeisiä, jotta kaiutin pystyisi aikaansaamaan hyvän äänentoiston. Näin tulee olla etenkin diskanttialueella, jossa ääni-taajuudet ovat korkeita ja voimakkailla äänillä tarvittavat kalvokiihtyvyydet suuria.

15 Toisaalta bassotaajuuksilla ääntä synnyttävän kalvon tulee olla yleensä suurikokoinen ja toimilaitteen vastaavasti suurivoimainen, mikä taas vaatii esim. perinteisen toimilaitteen puhekelalta lujuutta sekä suurta lämmön- ja tehonkestoa. Yleensä tämä ongelma on ratkaistu käyttämällä kaiutinrakenteessa jakosuodinta ja kahta tai useampaa eri kokoista ääntä tuottavaa kaiutinelementtiä, jotka kukin tuottavat vain 20 oman toistotaajuuskaistansa mukaisia ääniä. Tällöin puhutaan basso-, keskiääni- ja diskanttielementeistä. Perinteisen kaiuttimen ääntä tuottava kaiutinelementti sisältää kartion, joka on ohut, pehmeä ja pehmeästi ripustettu elementtirunkoon. v : Siitä seuraa, että kartion sallimat liikenopeudet ja -kiihtyvyydet rajoittuvat kartion f < i, I | nurjahdus- ja jäykkyysvoimlen mukaisesti, joihin vaikuttaa myös kaiutinkotelon il- 25 manpaine ja kaiuttimen kotelotilavuus eli kaiutinkoko. Sen lisäksi kartiossa pyrkivät ··· etenemään erilaiset ei-toivotut taivun ta-, työntö-, pinta-aallot, jotka yleensä erottu- • · · · . vat kaiuttimen tuottamassa äänessä särökomponentteina.

• · « · · • · · . - ....

• · 9 - -.......- '

Hakijan aikaisemmisssa patenttihakemuksissa Fl 915525 ja PCT/FI92/00314 on ... esitetty kaiutinkeksintö, jossa toimilaitteen puhekela ohjaa tasokalvoa ääniaallon • · · ’ 30 aikaansaamiseksi. Tasokalvo on joustavasti liitetty kaiutinkoteloon. Tasokalvo ta- f · '·’ * vallisesti ohenee puhekelaa lähestyttäessä. Periaatteena siinä on, että kalvon ·:·: joustavuus, massa tai vaimennus muuttuu kalvosäteen funktiona siten, että mitä ·:··· korkeampia ääniä kalvo toistaa, sitä pienempi kalvoalue värähtelee. Matalimmilla . ·. taajuuksilla koko tasokalvo värähtelee. Mainittuun kaiuttimeen liittyy myös akusti- « · * ----------- ; 35 sesti vaimennettu ja muotoiltu takakammio, joka vaikuttaa kaiuttimen toimintaan ja • · * • # · • · 2 105879 viritykseen. Ratkaisun tasokalvo on suhteellisen jäykkä, jotta siihen ei synny toistossa merkittäviä erivaiheisia kalvovärähtelyjä, jotka saattaisivat aiheuttaa jollakin toistettavalla toistotaajuudella äänenpaineen laskua. Kyseiselle kaiuttimelle on tyypillistä, että se tuottaa ääniaaltoa, jonka keila on hyvin laaja.

5 Keksinnön mukaiselle uudelle kaiuttimelle on tunnusomaista se, että kaiutin on tarkoitettu tuottamaan tehokkaasti ja tarkoituksenmukaisesti sekä tietyllä tavalla kohdennettua ääntä suurissa halleissa, kuten esim. jäähalleissa ja muissa urheiluhalleissa, näyttelyhalleissa jne, sekä myös ulkotilassa. Siinä äänilähteenä oleva kaiu-tinkalvo on ohuehko, suhteellisen jäykkä levy tai muotokappale, joka on sijoitettu 10 kalvon molemmilta puolilta avoimeen koteloon. Kotelon alaosassa on akustinen estolevy, joka vaikuttaa kaiuttimen viritykseen ja se suunnataan hallikäytössä alaspäin. Kotelo suuntaa esim. hallin kattoon asennettuna kalvon tuottamaa akustista aaltoa niin, että ääni voidaan suunnata sivuun halutulle alueelle, jossa esim. kuulijat sijaitsevat. Kaiutin lähettää siten tehokkaasti akustisen aallon sekä eteen että 15 taakse, mutta vastakkaisvaiheisena. Tällöin saavutetaan merkittäviä etuja, koska esim. kalvo liikkuu herkemmin, koska sitä ei ole suljettu umpikoteloon. Lisäksi kaiutin antaa suoraan alas vain vähän ääntä, jolloin esim. pelikentällä olevat eivät häiriinny voimakkaasta äänestä. Kaiuttimen kaiutinkalvo on kytketty tiivisteen, ripustuksen, nivel- tai joustomekanismin avulla runkoon ja sitä ohjaa toimilaite, yleensä 20 magneetti-puhekela. Kaiutin tuottaa tyypillisesti äänikeilan, joka on viuhkamainen, ts. jolloin sen vaakakeila on leveä. Kaiutin on kokoäänialueelle tarkoitettu, mutta toistoalue on kuitenkin sovelluksesta riippuva.

4 4 4 4 4« ' ·' ' Keksinnön mukaisen kaiuttimen kalvo liikkuu matalilla taajuuksilla joustomekanis- I ( i. i ! min sallimaa liikettä ja liikerataa. Suhteellisen jäykän kalvon etuna on, ettei se her- 25 kästi muodosta äänenpainetta laskevia kalvosolmuja, vaan toimii värähtelyliik- keessä samanvaiheisena, ts. kalvon joka kohdan mekaaninen liikesuunta tietyllä : hetkellä on sama. Koska kaiuttimen ääntä tuottava kalvo on etenkin matalilla toisto- • · · .* :*. taajuuksilla jäykkä, mutta kykenee taipumaan korkeilla taajuuksilla niille ominaisilla m amplitudeilla, kaiutin hyödyntää myös materiaalirakenteita esim. siten, että haluttu ..... 30 eri taajuusalueiden toisto voidaan saavuttaa.

• · · # • · · • · · \ * SeuraavasSa keksinnön mukaista kaiutinta käsitellään pääasiassa hallikaiuttimena, vaikka sillä on paljon muitakin funktioita. Kaiutin voidaan siten asentaa esim. dipoli- ·;··: tyyppisenä seinäreikään, joten kaiuttimella saavutetaan hyvä matalien äänien toisto . ilman, että sen kotelotilavuus kasvaa suureksi. Etuna saavutetaan lisäksi se, että » # · *;· ; 35 kaiutinta voidaan käyttää kahden hallin samanaikaiseen äänentoistoon.

• 4 · • · · • · 3 105879

Keksinnön mukaisesta kaiuttimesta voidaan rakentaa sovelluksia ja eri tarpeisiin optimoituja edullisia suoritusmuotoja. Sen vuoksi hakemuksessa tuodaan lähinnä esille edullisia suoritusmuotoja, jotka ovat oleellisia keksinnön mukaisen kaiuttimen kannalta ja jotka pyrkivät kuvaamaan koko kenttää tietyillä rakenneratkaisuilla ja 5 komponenteilla. Lisäksi on huomattava, että esille tuodut ratkaisut ovat niitä, joita on rakennettu ja joista on käytännön kokemuksia sekä testaus- ja mittaustuloksia. Eri sovellukset antavat mahdollisuuksia monille design- ja layout-näkemyksille, joita tässä ei ole käsitelty yksityiskohdittain lainkaan, vaikka niiden avulla edellä esitetty suoritusmuotokirjo entisestään kasvaa ja avaa uusia edullisia kokonaisrat-10 kaisumalleja ja -vapauksia sisustajille, arkkitehdeille jne.

Seuraavassa keksinnön mukaista kaiutinta selostetaan tarkemmin kuvaamalla sen rakennetta ja toimintaa sanallisesti sekä viittaamalla myös periaatteellisiin kaiuttimen piirustuksiin, joita myöhemmin esitettävät patenttivaatimukset koskevat. Kaiut-timeen ja sen tyypillisten sovellusmahdollisuuksien ja -ratkaisujen eli erityyppisten 15 hallikaiutinten lähempään tarkasteluun liittyvät oheisina seuraavat periaate-, rakennekuva- ja toimintapiirustukset, joista havaitaan, että kuva 1 on hallikaiuttimen leikkausperiaatekuva sivusta, kuva 2 on hallikaiuttimen periaatekuva edestä ja kuva 3 on kaiuttimen elementin periaatekuva sivusta.

IIC

'.: ' 20 Kuvassa 1 on esitetty periaatteellinen leikkauskuva keksinnön mukaisesta kaiutti- I ( ;,: ; mesta 1, joka koostuu ääntä suuntaavasta kotelorakenteesta 2 ja ääntä tuottavasta elementistä 3. Kotelo 2 on rakennettu esim. MDF-levystä, vanerista tai muusta so- #>·|· pivasta materiaalista työstämällä, valamalla tai muuten. Elementti 3 on yleensä : modulaarinen ja siihen kuuluvat kalvo 4, sitä liikuttava toimilaite 5 ja akustinen estin • · · 25 6 sekä runko 7. Kalvo 4 on ripustettu tiivisteen avulla ilmatiivistettynä runkoon 7 si- i ten, että toimilaite voi sitä liikuttaa jostakin suunnasta, esim. takaa, ylhäältä tai jos a···, toimilaitteita on esim. kaksi, molemmilta puolilta kalvoa tai siten, että toimilaitteet i » · « .

ovat päällekkäin asennettuja. Akustinen estin 6 vähentää dipolirakenteen akustista * · · —1— — - · *\ * oikosulkua kalvon puolelta toiselle kotelon ulkokautta. Tästä järjestelystä riippuu ··."'· 30 kaiuttimen 1 matalien äänien toistotaso eli äänenpaine. Koteloa 1 muotoilemalla •: · · i ja/tai dimensioita muuttamalla kaiuttimen toistokäyrään ja tehokkuuteen voidaan . vaikuttaa. Näillä toimilla voidaan vaikuttaa kaiuttimen keilaominaisuuksiin ja kään- ; teisesti myös kaiuttimen sijoittamiseen. Kaiutin 1 voidaan kotelon 2 avulla ripustaa • 0 · • · · • · 4 105879 tai muuten asentaa joko kattoon, seinäreikään tai esim. mastoon. Ripustimena voi olla koteloon ruuvattu tai muuten kiinnitetty ripa tai rivat 8, jonka varaan kaiutin voidaan ripustaa tai se voidaan lukita suoraan esim. seinä- tai muuhun aukkoon.

Kalvoliikettä ohjaa toimilaite 5. Kaiuttimen ääntä tuottava kalvo 4 on ripustettu run-5 koon 7 joustavasti siten, että ripustus voi olla lineaarisesti liikkuva mekanismi, sarana, tai saranamaisesti toimiva muu komponentti. Se pitää kalvon 4 kohdistettuna toimilaitteen 5 suhteen, mutta sallii kalvoliikkeen. Kaiuttimen 1 kalvo 4 voi olla tasomainen, loivasti kaareva, kupera tai muuten muotoiltu, ohueksi työstetty tai muuten muodostettu ja riittävän jäykkä, että se kestää toimilaiteohjauksen myös 10 voimakkailla bassoäänillä. Kalvon ulkomuoto voi olla suorakaide, pyöreä tai muun muotoinen ja on pinnoitettu halutulla tavalla muovitettu, kumitettu jne. Kalvo 4 on lisäksi rakennettu materiaaliominaisuuksiltaan niin, että se liikkuu kokonaisena matalilla toistotaajuuksilla, mutta kun toistotaajuus kasvaa, pienenee kalvon 4 värähtelevä alue vastaavasti, kunnes korkeimmilla diskanttitaajuuksilla värähtelee toimilait-15 teen 5 ohjaamana vain kalvon keskiosa.

Kalvon 4 tulee liikkua haluttuja taajuuksia vastaavilla pinta-aloillaan riittävästi tuottaen tiettyjä äänenpaineita tiettyyn keilaan, ts. kalvossa tulee taivunta-aallon edetä riittävästi. Kalvoon 4 voidaan tehdä kaiuttimen äänentoistovaatimusten edellyttämiä työstöjä, komponenttiliimauksia, -laminointeja tai -valuja sekä pinnoitteita joko kai-20 uttimen konstruointivaiheessa tai myöhemmin. Niitä voivat olla esim. kalvon taipumista helpottavat erilaiset uritukset, rei’itykset ja täytöt, ohennukset, upotukset tai taipumista rajoittavat tai vaimentavat jäykisteet, kuten esim. koholle jätetyt raken-

f I I

' ' ' neosat ja materiaalimuodot.

I f

• « I

i < i • 4 I «

Keksinnön mukaisissa kaiuttimissa olevat kotelot ja niiden valut, jyrsinnät ja taus- t /:· 25 tatilat voivat olla halutun muotoisia ja ne voivat olla myös osa kaiuttimen design- : kokonaisuutta. Kaiutinkotelo 2 voi olla upotettu, huudettu tai muuten esim. seinään • · · ·*·’· asennettu, mikä vaikuttaa kaiutintoimintaan virityselimen tapaan. Kalvon 4 takana voi olla halutusti asennettuja iskusuojuksia, jotka ottavat vastaan kalvoon kohdis-tuvia rasituksia, esim. koskettelua tai lyöntejä.

• * * > • IM I I » ’·* ' 30 Kaiuttimesta voi olla myös versio, jossa kalvo ei ole kytketty vain yhteen joustonive- * leen tai saranaan, vaan useampaan. Ne on asennettu siten, että kalvo 4 liikkuu ·:··: aksiaalisesti rungon 7 suhteen. Mekanismina voi olla myös nivelien lisäksi esim. le- . vymäisestä materiaalista lävistämällä tehdyt joustavat mekanismit, jotka sallivat li-

I · I

I neaarisen kalvoliikkeen. Tietyissä käyttöpaikoissa kalvoon 4 asennetaan liikerajoi- • · · i · · fc » 5 105879 tin, joka estää kalvoon 4 kohdistuvan väärän käytön. Toisaalta jo tiivistys- ja ripus-tusrakenne saattaa olla riittävä rajoitin.

Jotta em. elementti 3 olisi helppo asentaa paikalleen, on esim. toimilaitteen pu-hekela keskitettävä. Siten toimilaitteen 5 magneettisysteemiin voidaan liittää esim.

5 joustavista ja pienistä putki- tai levykomponenteista koostuva mekanismi, eli spider, johon kalvo 4 liittyy ja jolla se voidaan keskittää runkoon 7. Spider voi liittyä joko suoraan kalvolevyyn, tai korokkeen avulla. Spider voi koostua myös jäykemmistä, esim. vipumaisista tai nivelillä varustetuista komponenteista, jolloin em. keskittämisen ja asennusliitännän lisäksi estetään myös puhekelan kallistuminen. Tästä 10 on etua paitsi asennuksen aikana, myös kaiuttimen dynaamisen toiminnan aikana.

Kaiuttimessa voi olla myös kaksi tai useampia toimilaitteita 5, riippuen siitä, minkätyyppisestä sovelluksesta on kysymys, ts. kuinka suuritehoista ja/tai kuinka suunnattua ääntä kaiuttimesta halutaan ja/tai mitä taajuuskaistaa halutaan. Keksinnön mukaisessa kaiuttimessa voi olla kalvon edessä myös akustisia kuormia, joilla voi-15 daan vaikuttaa kaiuttimen viiritykseen, toistoalueeseen ja/tai keilaominaisuuksiin.

Keksinnön mukainen kaiutin sopii liikenneasemille, auditorioihin, jää-, urheilu- ja muihin halleihin, saleihin, näyttelytiloihin, kosteisiin tiloihin, orkestereille jne.

Kuvassa 2 on esitetty keksinnön mukaisen kaiuttimen etukuva, josta havaitaan sivulevyjen 2a ja välilevyn 2b sijoittuminen elementin 3 ja akustisen estimen 6 suh-... 20 teen. Sivulevyjen suuntauksella toistensa suhteen voidaan vaikuttaa myös kaiutti men keilaominaisuuksiin.

I « 1 I t t IM ( « ..li Kuvassa 3 on esitetty kaiuttimen 1 elementin 3 periaaterakenne, jossa kalvoa 4 • . ______ _. .

ohjaa toimilaite 5, joka on ripustettu runkoon 7.

* I I i * · · — — · ' -··· — -- : Y: Kaiuttimesta voidaan rakentaa myös modifikaatioita, joissa keksintö ei ole rajoitettu 25 edellä esitettyihin suoritusmuotoihin vaan niitä voidaan vaihdella. Siten esimerkiksi kalvon 4 ei tarvitse olla tasomainen, vaan se voi muunkin muotoinen. Kalvomateri- • ♦ · _________—·: - . ·: ·. aali voidaan valita tarkoitukseeen soveltuvista ja kestävistä materiaaleista, kuten esimerkiksi vanerista, puusta, MDF-levyistä, HDF-levyistä, muista kuitulevyistä, • _ — * ·'': kankaista, kudoksista, muoveista, komposiittimateriaaleista ja jopa metalleista.

• _______________- ····· • · • · . —, ----- ....

• · · . _____:-— — — - • · · • · · · · • · · » · · • ·

Claims (12)

105879

1. Hallien ym. tilojen sekä ulkotilan äänentoistoon tarkoitettu kaiutin (1), joka on dipolityyppinen torvirakenne, joka käsittää avoimeen runkorakenteeseen (2) liittyvän äänentuottamiseen tarkoitetun levymäisen ja riittävän jäykän kalvon (4), joka saatetaan vahvistimen antamaa äänitaajuista sähköistä signaalia vastaavaan mekaaniseen värähtelyliikkeeseen toimilaitteen (5) avulla tunnet t u siitä, että kaiuttimessa oleva tasomainen äänilähde tuottaa ääntä kahteen suuntaan siten, että kalvon molemmilla puolilla on akustinen torvirakenne, joka suuntaa äänikeilan siten, että kaiuttimen tuottaa eniten ääntä eteen ja erivaiheisena taakse, jolloin torviaukot, tilat ja vaimennus virittävät kaiuttimen ympäröivään toistotilaan ja joka kaiutin vaimentaa alaspäin suuntautunutta keilaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kalvon edessä ja takana oleva torvirakenne koostuu kahdesta vierekkäin asetetusta sivulevystä (2a), jotka on kytketty välilevyllä (2b), jonka alapuolella on akustinen estin (6).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että sivulevyt 2a ovat lähinnä puoliympyrän muotoisia että välilevy on suorakaide ja että akustinen estin (6) on asennettu levyjen keskelle kuvan 1 mukaisesti.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kaiuttimessa on yksi, kaksi tai useampia toimilaitteita (5), riippuen sovelluksesta, ts. kuinka ... f suuritehoista ja/tai kuinka suunnattua ääntä kaiuttimesta halutaan kaiuttimessa « · « , on kalvon (4) tausta-aaltoon vaikuttavia materiaaleja, jotka absorboivat ja koh- • i · · · ' distavat kotelossa tai -tilassa tapahtuvia akustisia heijastuksia. • · * • · · · m

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kalvon (4) ta-kana voi olla halutusti asennettuja iskusuojuksia, jotka ottavat vastaan kalvoon :T: (3) kohdistuvia rasituksia, esim. koskettelua tai lyöntejä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kalvon uiko-muoto on on pyöreä, suorakaide tai muu ja että kalvon (4) pintamuoto on taso, « ♦ · kaareva, kupera, kovera, pallopinnan osa tai jokin muu edullinen pintamuoto. • ♦

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kalvossa on : oheisrakenteita, jotka parantavat äänentoistoa esim. siten, että rakenteet joko * · · · • · • · · • · · • · i 7 105879 jäykistävät tai notkistavat haluttuja kalvoalueita tai antavat sille sään, lämpötilan tms. kestoa etteivät mainitut seikat aiheuta muutoksia kaivorakenteisiin.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kalvo (4) on tehty valu- tai laminaattirakenteena, materiaalina on HDF, MDF, kudoslevy, liimapuu, komposiitti, uretaani, muovi, metallit jne, jolloin kaivo rajoittuu tiettyyn alueeseen, jota on halutusti muotoiltu esim. siten, että koko rakenne on muotoon puristettu valu-, laminaatti-, komposiitti- tai vanerikomponentti, jossa lami-naattien tai viilujen lukumäärä, muoto ja niiden kuitusuunta voi vaihdella.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kalvossa on yksi tai useampi kerros ja niissä välimateriaaleja, jolloin kalvon (4) on kennora-kenteinen siten, että siinä on yksi tai useampia jäykkiä kalvoja, joiden vieressä tai välissä on niitä erottavaa läi erottavia ja niihin kiinnitettyjä materiaaleja, kuten esim. paperinauhaa, vaahtomuovia tai komposiittimateriaaleja ja joilla vaikutetaan kalvon (4) akustisiin ominaisuuksiin, kuten sen äänennopeuteen, vä-rähtelyominaisuuksiin, akustisen aallon absorptioon jne.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kalvo (4) on ripustettu runkoon niin, että se liikkuu herkästi toimilaitteen (5) ohjaamana ja että kalvo liikkuu ääntä tuottaessaan kohdistettua, joko kääntyvää tai lineaarista liikerataa, jolloin kalvo säilyttää kohdistuksen toimilaitteen (5) esim. puhekelan ja magneetin ilmaraon suhteen joko spiderin tuella tai ilman sitä. I C I _ ,' . 11. Patenttivaatimuksen 14 mukainen kaiutin tunnettu siitä, että kalvo on ri- "V pustettu runkoon taivunta- tai saranamekanismin (4) avulla, jotka on tehty esim. • · · · kapeasta levymateriaalista, tappisaranasta, kumilevystä tms. ja joiden taivunta, nivel- tai muihin liikeominaisuuksiin mekanismin toiminta perustuu. ♦ * · · • · · • · ·

12. Patenttivaatimuksen 14 mukamen kaiutin tunnettu siitä, että kalvo on ripustettu lineaarisiirtomekanismiin ja että mekanismina ovat johteet, levyele-mentti, vipulaitteet, joustot, rullat, keinuvivut jne. * · • · · i » · • · · « « · « 1 • I Φ · · · · ·--'-·· ; ··” - ' « • · • 1 • · · • · · · · • · · « · · • · 8 105879