NL1019961C2

NL1019961C2 - Akoestische weergever.

Info

Publication number: NL1019961C2
Application number: NL1019961A
Authority: NL
Inventors: Gerard Hendrik Josephus Vries
Original assignee: Duran Audio B V
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-08-15
Also published as: US7268467B2; US20050127783A1; JP2005518171A; AU2003206435A1; EP1474951A1; WO2003069952A1; JP4320440B2; ES2370391T3; ATE518379T1; EP1474951B1

Description

Akoestische weergever

GEBIED VAN DE UITVINDING

De uitvinding betreft een akoestische weergever voorzien van ten minste één ge-5 luidsbron voor het genereren van een akoestisch centrum en een vooraf bepaalde constructie voor het geleiden van door het akoestische centrum gegenereerd geluid, welke akoestische weergever aan een bevestigingswand kan worden bevestigd.

STAND VAN DE TECHNIEK

10 Figuur 1 toont een weergever 2 die bekend is uit de stand van de techniek, waar bij de bekende weergever 2 gemonteerd is op een uit de stand van de techniek bekende wijze. De bekende weergever 2 bestaat uit een compressie-aandrijver en een hoorn (beide niet getoond), die volgens de stand van de techniek elektrische signalen omvormen tot een akoestisch golffront en deze door de ruimte verspreiden. De bekende weer-15 gever kan echter ook een andere weergever zijn bekend uit de stand van de techniek, zoals bijvoorbeeld een conus luidspreker.

Indien een dergelijke bekende weergever 2, geschikt voor het weergeven van akoestische signalen, op enige afstand van een bevestigingswand, d.w.z. een geluids-reflecterend vlak 5 gemonteerd wordt, zal een gedeelte van de afgestraalde geluids-20 energie direct van de bekende weergever 2 naar het geluidsreflecterende vlak 5 toegaan en daartegen reflecteren. Dergelijke reflecties worden primaire reflecties genoemd. Dit betekent dat een waarnemer 1 zowel geluid hoort dat direct afkomstig is van de bekende weergever 2 als geluid dat afkomstig is van de reflectie tegen het geluidsreflecterende vlak 5. Het directe geluid en het gereflecteerde geluid hebben beide een andere 25 afstand afgelegd tussen het verlaten van de bekende weergever 2 en het bereiken van de waarnemer 1 en zodoende ontstaat er een faseverschil tussen het directe en het gereflecteerde geluid ter plaatse van de waarnemer 1. Dit faseverschil resulteert in locatie afhankelijke destructieve interferenties in het luistervlak die de geluidskwaliteit op de luisterpositie degraderen. Dit effect kan ook worden gemodelleerd met in plaats van 30 reflecties de toevoeging van een virtuele geluidsbron 3, welke zich op gelijke afstand aan de andere zijde van het geluidsreflecterend vlak 5 bevindt. Deze virtuele geluidsbron 3 kan worden gedefinieerd als de geluidsbron die hoort bij het gereflecteerde geluid.

‘0 1 O/IM

-· - ) J

2

Het ontstaan van destructieve interferentie is met name een probleem bij bekende weergevers 2 die geplaatst zijn in relatief lage en akoestisch harde omgevingen, zoals tunnels en parkeergarages waarbij de wanden vervaardigd zijn van beton of een harde beplating en waarbij de wanden het geluid goed reflecteren.

5 Doel van de onderhavige uitvinding is om in een weergever te voorzien die door juiste bevestiging tegen een wand primaire reflecties kan voorkomen, hetgeen een forse reductie van de destructieve interferenties in het luistervlak tot gevolg heeft. Hiertoe heeft de uitvinding betrekking op een weergever van de in de aanhef genoemde soort, met het kenmerk dat de vooraf bepaalde constructie zodanig is ontworpen, dat, tijdens 10 bedrijf, het gegenereerde geluid zodanig door de vooraf bepaalde constructie wordt verplaatst naar een verplaatst akoestische centrum op een locatie die op de bevesti-gingswand is gelegen, wanneer de akoestische weergever aan de bevestigingswand is bevestigd.

15 KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

De uitvinding zal besproken worden aan de hand van enkele figuren, welke echter louter bedoeld zijn ter verduidelijking van de uitvinding en op geen enkele manier een beperkende invloed hebben op de reikwijdte van de uitvinding, welke slechts bepaald wordt door de bij gevoegde conclusies.

< 20 Figuur 1 toont een schematisch overzicht van de werking van een bekende weer gever volgens de stand van de techniek;

Figuur 2 toont een schematische overzicht van de werking van een weergever volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 3a toont een schematisch zijaanzicht van een eerste voorkeursuitvoerings-25 vorm van de uitvinding;

Figuur 3b toont een schematisch onderaanzicht van de eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 4 toont enkele onderdelen van figuur 3 uit een ander gezichtspunt;

Figuur 5 toont een schematisch beeld van een tweede uitvoeringsvorm van de 30 uitvinding.

3

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

Het zal duidelijk zijn dat de hieronder beschreven uitvoeringsvorm slechts beschreven is bij wijze van voorbeeld en niet in enige begrenzende betekenis, en dat verschillende wijzigingen en aanpassingen mogelijk zijn zonder buiten de omvang van de 5 uitvinding te komen en dat de reikwijdte slechts bepaald wordt door de bij gevoegde conclusies.

In figuur 2 is een waarnemer 1 te zien die geluid hoort afkomstig van een weergever 10 volgens de onderhavige uitvinding die in de directe nabijheid van een geluids-reflecterend vlak 5 is gemonteerd.

10 Het geluid kan zowel een gesproken boodschap als een waarschuwingssignaal, muziek of enig ander akoestisch signaal omvatten.

De weergever 10 is zodanig geconstrueerd dat het akoestische centrum in het ge-luidsreflecterende vlak 5 gelegen is, waarbij het akoestische centrum beschouwd moet worden als het punt of de verzameling punten van waaruit het geluid volgens de waar-15 nemer 1 afkomstig lijkt te zijn. De waarnemer 1 hoort op deze manier slechts geluid dat direct afkomstig is van de weergever 10. Op deze manier worden destructieve interferenties in het luistervlak voorkomen hetgeen een betere waarneming van het door de weergever 10 weergegeven geluid mogelijk maakt.

: Figuur 3 a toont een voorkeursuitvoeringsvorm van de weergever 10, welke be-20 staat uit een compressie-aandrijver 11, een halsvormige overgang 12 en een hoorn 13. Verder omvat de weergever 10 een flens 14 en een demonteerbare hoommond 15. De compressie-aandrijver 11 is verbonden met de halsvormige overgang 12 en de halsvormige overgang 12 is verbonden met de hoorn 13 voor het doorgeven van een geluidssignaal. Ter plaatse van de verbinding tussen de halsvormige overgang 12 en de 25 hoorn 13 bevindt zich een lichte knik 17. De weergever 10 heeft een montagevlak 6 voor bevestiging aan het geluidsreflecterende vlak 5.

Figuur 3b toont een onderaanzicht van figuur 3a, waarbij de horizontale hoek tussen de zijwanden van de hoorn 13 is aangegeven als hoek 30.

In figuur 3a is een doorsnede lijn IIIc-IIIc aangegeven. Een doorsnede van de 30 weergever 10 langs die lijn geeft een rechthoekige doorsnede, zoals getoond in figuur 3c, welke toeneemt in de richting van de halsvormige overgang 12 af.

Figuur 4 toont een deel van de weergever 10 van figuren 3a en 3b uit een ander gezichtspunt. In deze figuur zijn slechts de compressie-aandrijver 11 en de halsvormige HO 182c ί 4 overgang 12 weergegeven. Hierin worden ook een uitgang 18 van de compressie-aan-drijver 11 en een uitgang 19 van de halsvormige overgang 12 getoond.

De compressie-aandrijver 11 kan bijvoorbeeld een elektrodynamische luidspreker zijn die zorg draagt voor de conversie van een elektrisch ingangssignaal naar een 5 akoestisch golffront. De invoer van het elektrische ingangssignaal is niet getoond. De wijze waarop dit geschiedt of kan geschieden is aan deskundigen bekend. Hiervoor gelden verder geen restricties.

De compressie-aandrijver 11 kan bijvoorbeeld een 80 watt compressie-aandrijver 11 zijn met een uitgang 18 die een diameter van 5,08 cm heeft, welke in de getoonde 10 uitvoeringsvorm een cirkelvormig vlak golffront met een geringe amplitude en een relatief hoge druk aan de uitgang 18 van de compressie-aandrijver 11 genereert. Zoals bekend is aan de deskundigen kan een eerste orde hoogdoorlaatfilter (niet getoond) gebruikt worden om het vermogen te beperken dat de compressie-aandrijver 11 buiten zijn werkgebied krijgt toegevoerd. Evenzo kunnen doorlaatfilters van hogere orde ge-15 bruikt worden, zoals bekend is aan deskundigen.

Echter, ook andere compressie-aandrijvers 11 bekend uit de stand van de techniek kunnen worden toegepast.

De halsvormige overgang 12 heeft als functie om het golffront afkomstig van de compressie-aandrijver 11 te transformeren naar een vorm die overeenkomt met de vorm 20 van de hoorn 13, zoals getoond wordt in figuur 4. De compressie-aandrijver 11 genereert een akoestisch centrum.

In het hier beschreven en getoonde voorbeeld wordt het cirkelvormige golffront aan de uitgang 18 van de compressie-aandrijver 11, afkomstig van het akoestisch centrum, getransformeerd naar een rechthoekig golffront met een geringe afmeting in een 25 eerste richting van typisch 2,5 cm en een afmeting in een tweede richting, loodrecht op de eerste richting, van circa 16 cm. In gebruik zal de eerste richting meestal verticaal zijn en de tweede richting horizontaal. Andere richtingen zijn echter mogelijk. Afhankelijk van de gebruiksdoeleinden, ontwerpeisen en dergelijke kunnen ook andere maatvoeringen toegepast worden.

30 De vorm van de halsvormige overgang 12 is zodanig dat akoestische centrum verplaatst wordt van de uitgang 18 van de aandrijver 11 naar een verplaatst akoestisch centrum dat gelegen is aan de uitgang 19 van de halsvormige overgang 12, welke zodanig gepositioneerd is dat deze uitgang 19 na bevestiging aan vlak 5 tegen het gelüidsre- .. , | t 5 flecterende vlak 5 aan ligt. In dat geval vallen het directe geluid en gereflecteerde geluid samen en kunnen zij niet meer negatief met elkaar interfereren ter plaatse van de luisteraar 1. Anders gezegd, de positie van het akoestische centrum is verplaatst naar het reflecterende vlak 5.

5 De uitgang 19 van de halsvormige overgang 12 gaat over in het begin van de hoorn 13. Zoals te zien is in figuur 3a maakt het golffront daarbij een lichte knik 17. Afhankelijk van de gebruikte frequenties van het geluid zal deze knik 17 wel of geen invloed hebben op de weergave van het geluid. Voor frequenties waarvan de golflengte groter is dan de eerste afmeting van de halsvormige overgang 12 zal deze knik geen 10 invloed hebben. In het hier, bij wijze van voorbeeld, beschreven geval, heeft de halsvormige overgang 12 ter plaatse van de hoorn 13 een eerste afmeting van 2,5 cm. Dit betekent dat de knik 17 geen invloed zal hebben op frequenties lager dan circa 13000 Hz. Voor deze lagere frequenties zal de uitgang 19 van de halsvormige overgang 12 zich gedragen als een in het geluidsreflecterende vlak 5 gelegen lijnbron.

15 De tweede afmeting van de halsvormige overgang 12 is zodanig dat deze nauw aansluit op de hoorn 13.

De hoorn 13 kan allerlei vormen hebben afhankelijk van de aan de hoorn 13 gestelde eisen, zoals bekend is aan deskundigen op het vakgebied. De vorm van de hoorn 13 bepaalt zowel de afstraalkarakteristiek alsmede de akoestische impedantie als func-20 tie van de frequentie van het geluidssignaal voor het naar het bevestigingsvlak 5 verschoven akoestische centrum.

Verschillende vormgevingen van de hoorn 13 zijn bekend uit de stand van de techniek.

In figuren 3a en 3b wordt een hoorn 13 getoond met een rechthoekige frontale 25 doorsnede IIIc-IIIc, waarbij het oppervlak van deze rechthoekige frontale doorsnede IIIc-IIIc exponentieel toeneemt naar de uitgang van de hoorn 13 toe. Het is bekend dat deze vorm het meest vlakke verloop van de akoestische impedantie geeft. Typische waarden van dit ontwerp van de verticale openingshoek zijn 40° voor een geluidssignaal met een frequentie van 250 Hz en 15° voor een geluidssignaal met een frequentie 30 van 1000 Hz.

Deze waarden zijn verkregen door het verloop van de geluidssterkte te meten, voor bepaalde frequenties van het geluid, langs op een verticale cirkelboog rondom de bron, en de hoek te bepalen, behorende bij het lijnstuk op die boog waarop de waarde 6 van de geluidssterkte minder dan 6dB zwakker is dan de maximale waarde op dat lijnstuk.

Ten einde de geluidsdrukverdeling op het luistervlak op relatief korte afstand van de weergever 10 te optimaliseren kan de hoommond 15 onder een hoek ten opzichte 5 van het geluidsreflecterende vlak 5 geplaatst worden, zoals het geval is in figuur 3a en 3b.

Aangezien de hier beschreven hoorn 13 een rechthoekige frontale doorsnede IIIc-IIIc heeft, wordt de horizontale afstraalkarakteristiek bepaald door de hoek 30 tussen de zijwanden van de hoorn 13. Dit geldt echter alleen voor frequenties waarvan de golf-10 lengte kleiner is dan de afmetingen van de hoommond 15.

Als de weergever 10 bijvoorbeeld wordt toegepast in een autotunnel, dan verdient het aanbeveling de hoek 30 klein te houden om reflecties tegen verticale zijwanden van de tunnel e.d. te verminderen en alle geluidsenergie te bundelen in een relatief smalle strook. In de in figuren 3a en 3b getoonde voorkeursuitvoeringsvorm, waarbij hoek 30 15 een waarde van 36° heeft, werden als typische waarden voor de horizontale openingshoek gevonden: 60° voor een geluidssignaal met een frequentie van 250 Hz en 26° voor een geluidssignaal met een frequentie van 1000 Hz.

Deze waarden zijn verkregen door het verloop van de geluidssterkte te meten, voor bepaalde frequenties van het geluid, langs op een horizontale cirkelboog rondom 20 de bron, en de hoek te bepalen, behorende bij het lijnstuk op die boog waarop de waarde van de geluidssterkte minder dan 6dB zwakker is dan de maximale waarde op dat lijnstuk.

Het montagevlak 6 is het gedeelte van de hoorn 13 dat tegen het geluidsreflecterende vlak 5 aan geplaatst wordt. Dit montagevlak 6 kan voorzien worden van bevesti-25 gingsmiddelen voor de bevestiging van de weergever 10 op een beoogde locatie aan het geluidsreflecterende vlak 5.

Het uiteinde van de hoorn 13 bestaat uit de flens 14 waarop de hoommond 15 bevestigd kan worden. Dit biedt de mogelijkheid een fijnmazig edelstalen gaas te spannen voor de uitgang van de hoorn, wat bescherming kan bieden tegen bijvoorbeeld in-30 komend water, zoals het geval kan zijn bij hogedrukreiniging, of andere mogelijke bronnen van beschadiging.

In het geval de weergever 10 gebruikt wordt aan plafonds van autotunnels of parkeergarages is er kans op schade door een aanrijding van een voertuig. Dankzij de con- ,Λ Ί Λ Ί t structie met de afneembare hoommond 15 kan in geval de schade zich beperkt tot de hoommond 15, de hoommond 15 vervangen worden in plaats van de gehele weergever 10.

Ook kan met het weglaten van de hoommond 15 een weergever 10 verkregen 5 worden met een beperkte afmeting in verticale richting. Ook dit kan voordelig zijn in autotunnels en parkeergarages.

De hierboven beschreven weergever 10 heeft als bijkomend voordeel dat de constructie een geringe hoogte heeft, wat bij de toepassing tegen reflecterende vlakken in autotunnels en parkeergarages en dergelijke een evident voordeel is. Een typische maat 10 voor de hoogte van de hier beschreven uitvoeringsvorm van de weergever 10 is 32 cm.

In de luidspreker volgens de uitvinding kan de compressie-aandrijver 11 eventueel aangesloten zijn op een aanpassingstransformator, waarmee de weergever 10 eenvoudig aan te passen is aan een voorhanden zijnd ingangssignaal, bijvoorbeeld de veel gebruikte 100 Volt installaties.

15 De compressie-aandrijver 11 kan worden afgedekt met een kap, die eventueel ruimte biedt voor plaatsing van de aanpassingstransformator.

De hoorn 13 kan vervaardigd worden uit polyester, maar ook uit andere kunststoffen zoals bijvoorbeeld polyurethaan, en metalen, zoals bijvoorbeeld staal of aluminium. Ook kan de weergever 10 vervaardigd zijn van hout of beton of andere daartoe 20 geschikte materialen. Het is ook mogelijk de hoorn 13 in de constmctie van de geluids-reflecterende wand 5 te integreren en daarbij ruimte open te laten voor de bevestiging van de halsvormige overgang 12, de compressie-aandrijver 11 en eventuele andere onderdelen.

Het materiaal kan gesandwiched composietmateriaal zijn of anderzijds aangepast 25 zijn om de stijfheid te vergroten en eventuele resonanties te dempen. Het gebruikte materiaal is bij voorkeur brandvertragend.

Uit testen van de hierboven beschreven weergever 10 bleken duidelijk de goede prestaties die de weergever 10 kan leveren. De testen zijn uitgevoerd in een ruimte waarvan de RT60-tijd meer dan 6 seconden bedroeg. De RT60-tijd is gedefinieerd als 30 de tijd die de geluidsintensiteit nodig heeft om 60dB af te nemen, gemeten vanaf het moment van uitzetten van de geluidsbron.

Deze testen hebben aangetoond dat de weergever 10 in staat is een praktisch constante geluidsdruk van circa 100 dBA te genereren en dat de weergever 10 een speech « 8 transmission index van 0,55 of meer heeft voor afstanden tot 75 meter, in condities met karakteristiek achtergrond geluidsniveau. De speech transmission index is bepaald volgens een methode welke bekend is aan deskundigen.

Verder bezit de weergever 10 een hoge directivity. Met directivity wordt de ver-5 houding bedoeld tussen de geluidsdruk gemeten in het richtpunt van de weergever 10 en de geluidsdruk op die plek, als ware de weergever een zuiver rondom stralende weergever 10 geweest.

Verder bezit de weergever 10 een zeer hoog rendement van 136dB op een afstand van 1 meter van de hoorn 13 bij gebruikmaking van een ingangsvermogen van 50 watt. 10 Bij toepassing van de onderhavige uitvinding in tunnels treden er ook reflecties op tegen wanden, anders dan de wand waaraan de weergever 10 gemonteerd is, namelijk de zijwanden van de tunnel. Deze reflecties aan de zijwanden van de tunnel kunnen verminderd worden door aanpassingen in de hoek 30 van de hoorn 13, zoals hierboven beschreven is. Echter, reflecties aan één zijwand 9 kunnen voorkomen worden door de 15 halsvormige overgang 12 niet een verplaatst akoestische centrum in de vorm van een lijnbron te laten genereren, maar een verplaatst akoestische centrum in de vorm van een puntbron te laten genereren dat zowel in het vlak van het plafond 5 ligt als in het vlak van de zijwand 9. In figuur 5 wordt een mogelijke uitvoeringsvorm getoond waarbij dit het geval is.

20 Hier is de weergever 10 in de hoek tussen de zijwand 9 van de tunnel en het pla fond 5 van de tunnel geplaatst, zodanig dat het verplaatste akoestische centrum geheel samenvalt met de snijlijn van de zijwand 9 van de tunnel en het plafond 5 van de tunnel. Zo worden primaire reflecties aan twee wanden voorkomen.

De hoek 30 van de hoorn 13 kan allerlei waarden hebben en het is zelfs mogelijk 25 een hoorn 13 te construeren met een hoek 30 van 360°.

Het is ook mogelijk een weergever 10 te construeren waarbij er meer dan één halsvormige overgangen 12 en/of compressie-aandrijvers 11 gecombineerd worden. Voor verschillende frequentiegebieden kunnen dan verschillende compressie-aandrijvers 11 en halsvormige overgangen 12 gebruikt worden die elk optimaal functioneren 30 voor een bepaald frequentiegebied. De verschillende halsvormige overgangen 12 kunnen bijvoorbeeld allen op dezelfde hoorn 13 aansluiten of op verschillende hoorns 13 aansluiten. Op deze manier is bijvoorbeeld een twee-weg-weergave systeem te construeren of een meer-weg-weergave systeem te construeren.

9

De hoorn 13 van de weergever 10 kan op verschillende, uit de stand van de techniek bekende manieren geconstrueerd worden. In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt de hoorn 13 ongevouwen geconstrueerd zoals het geval is in de in de figuren getoonde weergever 10. Het is echter ook mogelijk om de hoorn 13 als driemaal gevouwen hoorn 5 te construeren om een reductie in diepte te bewerkstelligen. Dit veroorzaakt echter met name bij hoge frequenties inwendige reflecties en als gevolg daarvan staande golven in de gevouwen hoorn van de bekende weergever 2. Dit heeft met name een negatief effect op de akoestische prestatie van de weergever 2 boven de 2000 Hz, welk frequen-tiegebied juist een belangrijke bijdrage levert aan de spraakverstaanbaarheid van een 10 akoestische mededeling.

1 0 1 - ;

Claims

1. Een akoestische weergever voorzien van ten minste één geluidsbron voor het genereren van een akoestisch centrum en een vooraf bepaalde constructie voor het geleiden van door het akoestische centrum gegenereerd geluid, welke akoestische weer- 5 gever aan een bevestigingswand kan worden bevestigd met het kenmerk dat de vooraf bepaalde constructie zodanig is ontworpen, dat, tijdens bedrijf, het gegenereerde geluid zodanig door de vooraf bepaalde constructie wordt verplaatst naar een verplaatst akoestische centrum op een locatie die op de bevestigingswand (5) is gelegen, wanneer de akoestische weergever (10) aan de bevestigingswand (5) is bevestigd.

2. Akoestische weergever volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het verplaatste akoestische centrum een lijnbron is.

3. Akoestische weergever volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het verplaatste 15 akoestische centrum een puntbron is.

4. Akoestische weergever volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 3 met het kenmerk dat de vooraf bepaalde constructie tenminste één halsvormige over-gang (12) omvat, die bevestigd is aan de tenminste ene geluidsbron (11). 20

5. Akoestische weergever volgens conclusie 4 met het kenmerk dat de tenminste ene halsvormige overgang (12) is verbonden aan tenminste één hoorn (13) voor het geleiden van uit het verplaatste akoestische centrum uitgestraald geluid naar een luisteraar (1). 25

6. Akoestische weergever volgens conclusie 5 met het kenmerk dat de hoorn (13) een afneembare hoommond (15) omvat.

7. Akoestische weergever volgens conclusie 6 met het kenmerk dat ofwel de hoorn 30 (13) ofwel de afneembare hoommond (15) voorzien is van een geluidsdoorlatende be scherming. è

8. Akoestische weergever volgens één van de conclusies 5, 6, of 7 met het kenmerk dat de hoorn (13) een rechthoekige doorsnede (IIIc-IIIc) bezit.

9. Akoestische weergever volgens conclusie 8 met het kenmerk dat de doorsnede 5 (IIIc-IIIc) exponentieel toeneemt in de richting van de halsvormige overgang (12) af.

10. Akoestische weergever volgens één van de conclusies 5 tot en met 9 met het kenmerk dat deze verschillende combinaties van geluidsbronnen (11), halsvormige overgangen (12) en hoornen (13) omvat voor verschillende ffequentiegebieden. 10

11. Samenstel van tenminste één bevestigingswand en een akoestische weergever volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk dat de locatie van het verplaatste akoestisch centrum op de bevestigingswand (5) is gelegen.

12. Samenstel volgens conclusie 11 met het kenmerk dat het een verdere bevesti gingswand bevat die aan de bevestigingswand (5) is bevestigd en dat de locatie van het verplaatste akoestische centrum geheel op een snijlijn van de bevestigingswand (5) en de verdere bevestigingswand is gelegen.