PL182618B1 - Płyta sufitu podwieszanego propagująca energię akustyczną - Google Patents

Abstract

1. Plyta sufitu podwieszanego, propa gujaca energie akustyczna, zawierajaca promieniujaca powierzchnie pobudzana do rezonansu, znamienna tym, ze jest zaopa-- trzona w akustyczny panel (2) majacy zdol-- nosc podtrzymywania i propagacji wej-- sciowej energii drgan w postaci fal od- ksztalcen w przynajmniej jednym obszarze czynnym usytuowanym poprzecznie wzgledem grubosci, w którym to obszarze sa rozlozone skladowe wibracji modu rezo- nansowego, oraz majacy okreslone uprzy- wilejowane lokacje w tym obszarze dla przetwornika (9), przy czym przetwornik (9) jest osadzony na panelu (2) calkowicie i wylacznie w jednej z okreslonych lokacji i jest przystosowany do pobudzania panela (2) do drgan i rezonansu oraz emisji dzwie- ku podczas rezonansu. Fig. 3b PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest płyta sufitu podwieszanego, propagująca energię akustycznaą zwłaszcza głośnik zaopatrzony w akustyczny radiator panelowy.

Znany głośnik panelowy tego rodzaju przedstawiono w opisie patentowym nr GBA-2 262 861. Głośnik ten jest zaopatrzony w rezonansowy radiator wielomodowy stanowiący jednolity panel przekładkowy utworzony z dwóch powłok materiału, z rdzeniem dystansowym o strukturze poprzecznie komórkowej, który to panel jest dobrany tak, że stosunek jego sztywności zginania (B), we wszystkich kierunkach, do sześcianu masy na jednostkę powierzchni (μ) wynosi co najmniej 10. Głośnik jest również zaopatrzony w środki mocujące, podpierające panel lub łączące go z korpusem wsporczym, w sposób swobodny nie powodujący tłumienia oraz w elektromechaniczne środki sterujące połączone z panelem dla wzbudzania rezonansu wielomodowego w panelu radiatora w odpowiedzi na wejściowy sygnał elektryczny w roboczym paśmie częstotliwości głośnika.

Do rozgłaszania stosowane są głośniki w postaci standardowych modułów, zamiennych z typowymi płytami sufitowymi, zwykle w formacie 600 x 600 mm, dla zapewnienia jednakowej wyrazistości mowy i muzyki na dużym obszarze. Do tego zastosowania wytwarza się obecnie różne konwencjonalne wzbudniki z ruchomą cewką i pochodne paneli.

W istniejącej technologii wykorzystuje się głośniki z ruchomą cewką, zaopatrzone w membrany stożkowe osadzone w ramach i przegrodach akustycznych. Jakkolwiek są one stosowane powszechnie ze względu na umiarkowany koszt i łatwą osiągalność, to jednak cechują się występowaniem efektu bliskości (nadmiernej intensywności dźwięku) i efektów kierunkowych, w konsekwencji czego występuje pogorszenie zrozumiałości na kierunkach nieosiowych. Do zapewnienia równomiernego pokrycia większego obszaru potrzebnych jest wiele zespołów.

W innym znanym rozwiązaniu wykorzystuje się głośnik typu stożkowego, w którym stożek jest konstrukcją polistyrenową z płaską powierzchnią czołową nadającą się do po182 618 malowania. W tym przypadku kombinacja dodatkowych wzbudników z ruchomą cewką zamocowanych do membrany, zamocowanej z możliwością występowania skręceń na wyższych częstotliwościach, może zapewnić szerszą charakterystykę promieniowania, niż w przypadku konwencjonalnego głośnika stożkowego. Takie zespoły głośnikowe ze spienionego polistyrenu wymagają podstawy i przegród akustycznych dla ich zamocowania w miejscu zainstalowania.

W opisie patentowym nr US-A-4 506 117 ujawniono panel sufitu podwieszonego, zaopatrzony w elektroakustyczny przetwornik zaopatrzony w metalową płytę podstawy, za pomocą której jest z panelem trwale połączony.

Sposób umieszczenia przetwornika na panelu, jak również sposób obliczenia pozycji lokacji tego przetwornika na panelu, przedstawiono w publikacji WO 97/09842 międzynarodowego zgłoszenia PCT/GB96/02145.

Płyta sufitu podwieszanego, propagująca energię akustyczną, zawierająca promieniującą powierzchnię pobudzaną do rezonansu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest zaopatrzona w akustyczny panel mający zdolność podtrzymywania i propagacji wejściowej energii drgań w postaci fal odkształceń w przynajmniej jednym obszarze czynnym usytuowanym poprzecznie względem grubości, w którym to obszarze są rozłożone składowe wibracji modu rezonansowego, oraz mający określone uprzywilejowane lokacje w tym obszarze dla przetwornika. Przetwornik jest osadzony na panelu całkowicie i wyłącznie w jednej z określonych lokacji i jest przystosowany do pobudzania panela do drgań i rezonansu oraz emisji dźwięku podczas rezonansu.

Korzystnym jest, że akustyczny panel jest utworzony przez komórkowy rdzeń zamknięty przekładkowo między powłokami o wysokim module sprężystości.

Korzystnym jest, że na obwodzie akustycznego panela jest umieszczone elastyczne zawieszenie stanowiące podparcie panela w ramie wsporczej sufitu podwieszanego.

Korzystnym jest, że komórkowy rdzeń stanowi spienione tworzywo sztuczne.

Korzystnym jest, że przetwornik ma postać bezwładnościowego przetwornika wibracyjnego.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia szkic głośnika modu rozproszonego, fig. 2a - część głośnika z fig. 1 w przekroju wzdłuż linii A-A, fig. 2b - część radiatora modu rozproszonego, rodzaju przedstawionego na fig. 2a, z ukazaniem dwóch alternatywnych konstrukcji, w powiększeniu, fig. 3a - widok perspektywiczny pomieszczenia z sufitem podwieszanym, a fig. 3b przedstawia przykład głośnika modu rozproszonego według wynalazku, w postaci płyty sufitowej, w przekroju poprzecznym.

Na figurze 1 przedstawiono panelowy głośnik 81, który zawiera prostokątną ramę 1 podtrzymującą elastyczne zawieszenie 3 stanowiące jej wewnętrzne obrzeże, podtrzymujące promieniujący dźwięk panel 2 modu rozproszonego. Przetwornik 9 jest zamontowany całkowicie i wyłącznie na panelu 2 lub w nim, w wyznaczonej lokacji określonej przez wymiary x i y. Pozycję lokacji oblicza się w znany sposób, dla emitowania fal odkształcających w głąb panela, w celu pobudzania panela do rezonansu i wytwarzania wyjściowej energii akustycznej.

Przetwornik 9 jest dołączony do wysterowującego wzmacniacza sygnału 10, korzystnie wzmacniacza akustycznego, przez przewody doprowadzające 28. Obciążenie wzmacniacza i wymagania co do zasilania, są typowe, podobne do konwencjonalnych głośników stożkowych, przy czym czułość jest rzędu 86 - 88 dB/W w warunkach obciążenia panujących w pomieszczeniu. Impedancja obciążenia wzmacniacza jest w znacznej mierze rezystywna o wartości 6 Ω, a przenoszona moc 20-80 W. Jeżeli rdzeń i/lub powłoki panela wykonane są z metalu, to mogą służyć jako radiator cieplny dla przetwornika, na przykład do odprowadzania ciepła z cewki dźwiękowej przetwornika, zatem do poprawy przenoszenia mocy.

Na fig. 2a i 2b przedstawiono częściowe przekroje głośnika panelowego 81 z fig. 1. Jak przedstawiono na fig. 2a, rama 1, obrzeże stanowiące elastyczne zawieszenie 3 i panel 2 są połączone ze sobą odpowiednimi spoinami klejowymi 20. Materiałami odpowiednimi na ramę 1 są takie materiały, jakie stosuje się na ramy obrazów, korzystnie wytłaczany metal, zwłaszcza stop aluminium, lub tworzywa sztuczne. Materiały odpowiednie na obrzeże stano4

182 618 wiące elastyczne zawieszenie 3, zawierają materiały sprężyste, jak piankowy kauczuk i piankowe tworzywa sztuczne. Klejami nadającymi się na spoiny klejowe 20 są kleje epoksydowe, akrylowe, cyjanowo-akrylanowe i temu podobne.

Na figurze 2b przedstawiono w powiększeniu akustyczny panel 2, który jest sztywnym lekkim panelem mającym rdzeń 22, utworzony korzystnie ze sztywnego spienionego tworzywa sztucznego 97, korzystnie polichlorku winylu o wiązaniach poprzecznych, lub struktury komórkowej 98, na przykład struktury plastrowej z folii metalowej, tworzywa sztucznego i temu podobnych, przy czym komórki są rozmieszczone poprzecznie względem płaszczyzny panela i zamknięte są przeciwległymi powłokami 21, korzystnie utworzonymi z papieru, kartonu, folii plastikowej lub metalowej, albo blachy. Jeżeli powłoki 21 są wykonane z tworzywa sztucznego, to mogą być wzmocnione włóknami, korzystnie węglowymi, szklanymi, z Kevlaru (RTM), w znany sposób, dla poprawy ich własności wytrzymałościowych.

Pozostające do dyspozycji materiały na powłoki i wzmocnienia obejmują włókna węglowe, szklane, z Kevlaru (RTM), Nomexu, korzystnie aramidu i temu podobnych włókien w różnych warstwach i splotach, jak również papier, spajane laminaty papierowe, melaninę oraz różne folie z tworzyw sztucznych o dużym module, na przykład Mylar (RTM) Kaptan (RTM), poliwęglany, tworzywa fenolowe, poliestrowe lub pochodne oraz tworzywa wzmocnione włóknem oraz blacha i folia metalowa. Badania ciekłokrystalicznych polimerów termoplastycznych marki Vectra wykazały, że nadają się one do kształtowania wtryskowego bardzo cienkich powłok lub łupin o niewielkich rozmiarach, nawet do około 30 cm średnicy. Ten materiał samoczynnie tworzy wzmacniające prążkowania w kierunku wtrysku, kierunku korzystnym dla dobrej propagacji energii wysokich tonów od punktu pobudzania do obwodu panela.

Ponadto, takie tłoczenie w przypadku materiałów termoplastycznych, umożliwia przy tłoczeniu naniesienie oznaczeń ułatwiających lokalizację i ustawienie, na przykład w postaci rowków lub pierścieni dla dokładnego lokalizowania elementów przetwornika, zwłaszcza cewki wzbudzającej i/lub zawieszenia magnesu. Dodatkowo, w przypadku nieco słabszych materiałów rdzenia może być korzystne lokalne zwiększenie grubości powłoki, zwłaszcza w pewnym obszarze, aż do 150% średnicy przetwornika, dla wzmocnienia tego obszaru i korzystnego sprzężenia drgań fali odkształcającej, indukującego energię w panelu. W ten sposób w przypadku bardziej miękkich materiałów spienionych można poprawić przenoszenie wysokich częstotliwości.

Dostępne materiały na warstwy rdzenia obejmują struktury plastrowe lub karbowania prefabrykowane z blachy lub folii ze stopu aluminium, z Kevlaru (RTM) Nomexu (RTM), jak również płaskie lub spajane papiery i różne folie z tworzyw syntetycznych, jak również rozprężane bądź spieniane tworzywa sztuczne lub materiały w postaci pulpy, a nawet aerożele mateli, jeżeli mają odpowiednio małą gęstość. Niektóre nadające się na warstwy rdzeniowe materiały w praktyce wykazują, korzystne samoistne tworzenie powłoki podczas ich wytwarzania, a jednocześnie mają sztywność naturalną dostateczną do wykorzystania bez laminowania między warstwami powłokowymi. Wysokosprawny komórkowy materiał rdzeniowy jest znany pod nazwą handlową Rohacell, a nadaje się on na panel promiennika i do wykorzystania bez powłok. W warunkach praktycznych celem jest osiągnięcie ogólnej lekkości i sztywności odpowiedniej dla konkretnego zastosowania, łącznie z optymalizacją wpływów od rdzenia i warstw powłokowych oraz przejść między nimi.

W niektórych z zalecanych postaci panela wykorzystuje się powłoki z metalu i stopu metalicznego, lub też wzmocnienie z włókna węglowego. Obydwa z nich, jak również z użyciem stopu aerożelowego lub metalowego rdzenia plastrowego, panele będą miały podstawowe właściwości ekranowania dla wielkich częstotliwości, które są ważne w niektórych zastosowaniach związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną EMC. Konwencjonalne głośniki panelowe lub stożkowe nie mają naturalnych właściwości ekranujących EMC.

Ponadto, korzystne postacie przetworników piezoelektrycznych i elektrodynamicznych mają pomijalne promieniowanie elektromagnetyczne lub rozproszone pola magnetyczne. Konwencjonalne głośniki mają duże pole magnetyczne, o zasięgu aż do 1 metra, jeżeli nie stosuje się specjalnych kompensacyjnych środków zaradczych.

182 618

Jeśli ważne jest, aby utrzymać ekranowanie w dowolnym zastosowaniu, można wykonać połączenia elektryczne z częściami przewodzącymi odpowiedniego panela DML lub na zamocowanie krawędziowe, korzystnie stosuje się przewodzącą elektrycznie piankę, lub podobną warstwę pośrednią.

Elastyczne zawieszenie 3, stanowiące obrzeże ramy 1 wytłumia zamocowane krawędzie panela 2 dla zapobieżenia przemieszczaniu się panela. Ponadto stosuje się korzystnie dodatkowe tłumienie, w postaci nakładek spojonych z panelem w dobranych pozycjach, dla tłumienia nadmiernych przemieszczeń i rozkładu rezonansowego równomiernego na panelu. Nakładki są korzystnie wykonane z materiału na bazie bitumicznej, jaki zwykle stosuje się w konwencjonalnych obudowach głośnikowych, a może też to być sprężysty lub sztywny polimerowy materiał arkuszowy. Niektóre materiały, zwłaszcza papier i karton oraz niektóre rdzenie mogą być samotłumiące. W razie potrzeby, tłumienie w konstrukcji paneli można zwiększyć przez zastosowanie osadzenia elastycznego, zamiast sztywnych klejów utwardzalnych.

Skuteczne selektywne tłumienie obejmuje specjalne zastosowanie panela łącznie z jego materiałem arkuszowym ze środkami trwale na nim osadzonymi. Brzegi i narożniki są szczególnie ważne dla częstotliwości - dominanty i mniej rozpraszalnych modów drgań niskoczęstotliwościowych akustycznego panela. Brzegowe zamocowanie daje w efekcie panel z całkowicie obramowany arkuszem materiału, z którego jest wykonany, jakkolwiek jego narożniki są zwykle swobodne, dla celowego rozszerzenia działania na niższe częstotliwości. Zamocowanie następuje za pomocą materiałów klejących lub samoprzylepnych. Możliwe są inne sposoby celowego tłumienia, zwłaszcza w warunkach efektów bardziej subtelnych i/lub średnich i wyższych częstotliwości, za pomocą odpowiedniej masy, zamocowanej do materiału arkuszowego w uprzednio określonych środkowych zlokalizowanych pozycjach obszaru.

Panel akustyczny 2 jest dwukierunkowy. Energia dźwięku z tyłu nie pozostaje w ścisłej zależności fazowej względem energii z przodu. W wyniku tego powstaje zysk z sumowania mocy akustycznej w pomieszczeniu, energii dźwięku o równomiernym rozkładzie częstotliwościowym, zmniejszenia zjawisk związanych z odbiciami i falami stojącymi oraz korzyścią z dobrego odtwarzania przestrzeni naturalnej i otoczenia w odtwarzanych nagraniach dźwiękowych.

Chociaż promieniowanie od panela akustycznego jest głównie niekierunkowe, to zawartość procentowa informacji fazowej wzrasta w miarę oddalania się od osi. Dla ulepszonego ogniskowania tak zwanego fantomowego obrazu stereo, rozmieszczenie głośników, podobnie jak i obrazów, to znaczy na wysokości przeciętnej osoby stojącej, daje w wyniku korzystne zmniejszenie nieosiowości rozmieszczenia dla normalnie siedzącego słuchacza, optymalizując efekt stereo. Podobnie, trójkątne ustawienie geometryczne z lewej/z prawej strony względem słuchacza, zapewnia dodatkową składową kątową. Osiąga się dobrą jakość stereofonii.

W przypadku grupy słuchaczy występuje dodatkowa korzyść w porównaniu z odtwarzaniem za pomocą głośnika konwencjonalnego. Z natury rozproszony charakter promieniowania dźwięku przez panel akustyczny daje w wyniku brzmienie dźwięku wolne od zjawiska odwrotnej proporcjonalności do kwadratu odległości od równoważnego źródła dźwięku. W wyniku nieśrodkowego i złego rozmieszczenia słuchaczy, natężenie pola dla głośnika panelowego wzmaga efekt stereofoniczny w porównaniu do głośników konwencjonalnych. Jest tak dlatego, że słuchacz znajdujący się daleko od środka nie odczuwa nasilonego oddziaływania efektu bliskości najbliższego głośnika, po pierwsze nadmiernego wzrostu głośności od najbliższego głośnika, jak również odpowiedniego spadku głośności od głośnika dalszego.

Korzystna jest również płaskość, lekkość, atrakcyjność wizualna i dobra jakość głośnika panelowego, wymagającego tylko jednego przetwornika i nie wymagającego stosowania zwrotnicy w całym paśmie dźwięków każdej membrany panelowej.

Na figurach 3a i 3b przedstawiono płytę sufitową 36 wspartą na kratowej ramie wsporczej 99, która to płyta 36 jest jednym z elementów tworzących sufit podwieszany, przy czym płyta sufitowa 36 ma postać głośnika panelowego 81, przedstawionego na fig. 1 i 2. Płyta sufitowa 36 zawiera sztywny lekki wielorezonansowy panel 2, mający rdzeń 22 zamknięty po

182 618 obu stronach powłokami 21. Panel 2 zamontowany jest na swym obwodzie na elastycznym zawieszeniu 3 stanowiącym obrzeże, korzystnie z gąbczastego kauczuku, które jest wsparte na ramie wsporczej 99. Obrzeże stanowiące elastyczne zawieszenie 3 jest korzystnie przymocowane do panela 2 albo do ramy wsporczej 99, za pomocą kleju, ale połączenie to może być wyłącznie grawitacyjne. Na panelu 2 jest osadzony przetwornik 9 emitujący fale odkształcające w głąb panela dla wprawiania go w rezonans z wytworzeniem akustycznej energii wyjściowej. Przetwornik umieszcza się na panelu w znany sposób.

W korzystnym rozwiązaniu, dobrej jakości panel akustyczny utworzony jest przez piankowy rdzeń z rozprężanego polistyrenu o typowej gęstości 100 g/m³, grubości 8 mm, obłożony powłokami z utwardzonego stopu aluminiowego o grubości 0,1 mm. Na obwodzie przymocowany jest pasek miękkiej gąbki lub filcu, o grubości 3 mm, dla zapewnienia częściowo podatnego zamocowania po umieszczeniu w ramach sufitowych, który poprawia również tłumienie wszelkich możliwych drgań w sekcjach obramowania sufitu.

Korzystną formą pobudzania jest jednostkowy bezwładnościowy przetwornik z ruchomą cewką drgającą 25 mm lub 38 mm, o impedancji 6 Ω i mocy przenoszonej 40 W, z cewką połączoną bezpośrednio z powierzchnią panela. Można stosować również zamknięty i uszczelniony samoistnie układ zwartego magnesu typu kubkowego, połączony bezpośrednio z panelem poprzez elastyczny pierścień odsprzęgający dobrany ze względu na jego właściwości wibromechaniczne i stałość wymiarów.

Zależnie od zastosowania, można wytwarzać niedrogą płytę sufitową z rdzeniem z piankowego tworzywa sztucznego pokrytym tekturą obłożoną papierem, która może zawierać warstwę folii ze stopu lekkiego dla nadania odporności przeciwogniowej, wysterowaną niedrogimi piezoelektrycznymi wzbudnikami drgań. Otrzymuje się zmniejszone poziomy maksymalne dźwięku, jeszcze bardziej, niż dostateczne dla celów powiadamiania personelu, komunikatów głosowych i rozgłaszania muzyki w tle. Otrzymuje się szeroki obszar pokrycia.

Przy zastosowaniu metalicznych lub przewodzących węglowych powłok lub rdzeni, głośnik może być uziemiony dla zapewnienia ekranowania przeciwzakłóceniowego zainstalowanej konstrukcji.

Przedstawiony głośnik w panelu sufitowym nie wymaga ramy, podstawy, ani przegrody akustycznej. Cały panel głośnikowy jest jednolity i może być umieszczony w danym miejscu tak, jak pasywny dekoracyjny panel sufitowy. Akustyczny panel jest stosunkowo lekki, zmniejszając obciążenie sufitu i ułatwiając instalację. Z łatwością wykonuje się ją jako ognioodporną. Może być dekorowana, malowana lub tapetowana dla zachowania jej niewidoczności w instalacji sufitowej bez zauważalnego pogorszenia własności akustycznych.

Niewielkie uszkodzenia nie powodują pogorszenia sprawności w porównaniu z głośnikami o membranie stożkowej, które są bardzo delikatne. Korzystne jest również rozprowadzanie dźwięku zapewniane przez głośnik z panelem akustycznym. W połączeniu z wysoką zrozumiałością i szerokim pokryciem kątowym oznacza to, że w typowej instalacji na dużym obszarze osiąga się niezwykle wysoką sprawność akustyczną przy około dwukrotnie mniejszej liczbie głośników w porównaniu do głośników konwencjonalnych, z osiągnięciem dużych oszczędności w kosztach instalacyjnych.

182 618

182 618

Fig. 2b

182 618

Fig. 3b

182 618

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Płyta sufitu podwieszanego, propagująca energię akustyczną, zawierająca promieniującą powierzchnię pobudzaną do rezonansu, znamienna tym, że jest zaopatrzona w akustyczny panel (2) mający zdolność podtrzymywania i propagacji wejściowej energii drgań w postaci fal odkształceń w przynajmniej jednym obszarze czynnym usytuowanym poprzecznie względem grubości, w którym to obszarze są rozłożone składowe wibracji modu rezonansowego, oraz mający określone uprzywilejowane lokacje w tym obszarze dla przetwornika (9), przy czym przetwornik (9) jest osadzony na panelu (2) całkowicie i wyłącznie w jednej z określonych lokacji i jest przystosowany do pobudzania panela (2) do drgań i rezonansu oraz emisji dźwięku podczas rezonansu.
2. 2. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że akustyczny panel (2) jest utworzony przez komórkowy rdzeń (22) zamknięty przekładkowo między powłokami (21) o wysokim module sprężystości.
3. 3. Płyta według zastrz. 2, znamienna tym, że na obwodzie akustycznego panela (2) jest umieszczone elastyczne zawieszenie (3) stanowiące podparcie panela (2) w ramie wsporczej (99) sufitu podwieszanego.
4. 4. Płyta według zastrz. 2, znamienna tym, że komórkowy rdzeń (22) stanowi spienione tworzywo sztuczne (97) .
5. 5. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że przetwornik (9) ma postać bezwładnościowego przetwornika wibracyjnego.