PL182641B1 - Elektroniczny instrument muzyczny - Google Patents

Abstract

1. Elektroniczny instrument muzycz- ny, z klawiatura i glosnikiem zawierajacym promieniujaca powierzchnie pobudzana do rezonansu, znamienny tym, ze glosnik (81) ma sztywny lekki plytowy radiator dzwie- ku (2) majacy zdolnosc podtrzymywania i propagacji wejsciowej energii drgan w postaci fal odksztalcen w przynajmniej jednym obszarze czynnym usytuowanym poprzecznie wzgledem grubosci, w którym to obszarze sa rozlozone skladowe wibracji modu rezonansowego oraz majacy okreslo- ne uprzywilejowane lokacje w tym obsza- rze dla przetwornika (9), przy czym prze- twornik (9) osadzony jest na plytowym radiatorze dzwieku (2) calkowicie i wy- lacznie w jednej z okreslonych lokacji i jest przystosowany do pobudzania plytowego radiatora dzwieku (2) do drgan i rezonansu oraz emisji dzwieku podczas rezonansu. Fig. 6 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroniczny instrument muzyczny, zwłaszcza klawiszowy instrument muzyczny z wewnętrznym głośnikiem zaopatrzonym w akustyczny radiator płytowy.

Z opisu patentowego nr GB-A-2 262 861 znany jest głośnik płytowy zawierający rezonansowy radiator wielomodowy stanowiący jednolitą płytę przekładkową utworzoną z dwóch powłok materiału, z rdzeniem dystansowym, o strukturze poprzecznie komórkowej, która to płyta jest dobrana tak, że stosunek jej sztywności zginania (B), we wszystkich kierunkach, do sześcianu masy na jednostkę powierzchni (μ) wynosi przynajmniej 10. Głośnik jest również zaopatrzony w środki mocujące, podpierające płytę lub łączące ją z korpusem wsporczym, w sposób swobodny, nie powodujący tłumienia oraz w elektromechaniczne środki wysterowujące połączone z płytą dla pobudzania rezonansu wielomodowego w płycie radiatora w odpowiedzi na wejściowy sygnał elektryczny w roboczym paśmie częstotliwości głośnika.

W publikacji międzynarodowego zgłoszenia PCT nr WO-A-90/03025 przedstawiono element do pobudzania płyty rezonansowej instrumentu klawiszowego, tak że instrument może odtwarzać zarejestrowaną muzykę fortepianową

Przetwornik pobudzający płytę rezonansową jest przedstawiony w publikacjach międzynarodowych zgłoszeń PCT nr wO 97/09859, WO 97/09861, WO 97/09858. Sposób określania rozmieszczenia przetwornika na płytowym radiatorze przedstawiono w publikacji międzynarodowego zgłoszenia PCT nr WO 97/09842.

182 641

Elektroniczny instrument muzyczny, z klawiaturą i głośnikiem zawierającym promieniującą powierzchnię pobudzaną do rezonansu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że głośnik ma sztywny lekki płytowy radiator dźwięku 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 osadzony jest na płytowym radiatorze dźwięku całkowicie i wyłącznie w jednej z określonych lokacji i jest przystosowany do pobudzania płytowego radiatora dźwięku do drgań i rezonansu oraz emisji dźwięku podczas rezonansu.

Korzystnym jest, że płytowy radiator dźwięku zawiera komórkowy rdzeń zamknięty przekładkowo między warstwami powłokowymi utworzonymi z materiału o dużym współczynniku sprężystości.

Korzystnym jest, że płytowy radiator dźwięku jest zamocowany przez otaczającą go ramę.

Korzystnym jest, że płytowy radiator dźwięku jest podparty w ramie przez elastyczne zawieszenie.

Korzystnym jest, że płytowy radiator dźwięku jest umieszczony przy podstawie korpusu podpartego przez nogi.

Korzystnym jest, że płytowy głośnik z radiatorem dźwięku jest ustawiony pionowo względem podłoża. Korzystnym jest, że rama stanowi podporę instrumentu na podłożu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia szkic głośnika modu rozproszonego z akustycznym radiatorem płytowym, 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. 3 - pierwszy przykład klawiszowego instrumentu muzycznego w widoku perspektywicznym, fig. 4 - instrument z fig. 3 w widoku od dołu, fig. 5 - instrument z fig. 3 i 4, w częściowym przekroju, a fig. 6 przedstawia drugi przykład instrumentu muzycznego według wynalazku, w widoku perspektywicznym.

Na fig. 1 przedstawiono płytowy głośnik 81 instrumentu muzycznego według wynalazku, który zawiera prostokątną ramę 1 podtrzymującą elastyczne zawieszenie 3 stanowiące jej wewnętrzne obrzeże podtrzymujące płytowy radiator dźwięku 2 modu rozproszonego. Przetwornik 9 pobudzający płytowy radiator dźwięku 2, jest na nim zamontowany całkowicie i wyłącznie, lub w tym radiatorze 2, w wyznaczonej lokacji określonej przez wymiary x i y. Pozycję lokacji oblicza się w znany sposób dla emitowania fal odkształceń w głąb płytowego rezonatora w celu pobudzenia do rezonansu i emisji dźwięku. Przetwornik 9 jest dołączony do wysterowującego wzmacniacza sygnału 10, korzystnie wzmacniacza akustycznego, przez przewody doprowadzające 28.

Obciążenie wzmacniacza i wymagania co do zasilania są zupełnie typowe, podobnie jak w przypadku 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 rezystywną o wartości 6 Ω, a przenoszona moc 20-80 W. Jeżeli rdzeń i/lub powłoki płytowego radiatora 2 wykonane są z metalu, to mogą służyć jako radiator cieplny dla przetwornika, na przykład do odprowadzania ciepła z cewki dźwiękowej przetwornika, a zatem do poprawy przenoszenia mocy.

Na fig. 2a i 2b przedstawiono częściowe przekroje płytowego głośnika 81 z fig. 1. Jak przedstawiono na fig. 2a, rama 1, elastyczne zawieszenie 3 stanowiące obrzeże i płytowy radiator dźwięku 2, są połączone ze sobą odpowiednimi spoinami klejowymi 20. Materiałami odpowiednimi na ramę 1, są takie materiały, jakie stosuje się na ramy do obrazów, korzystnie wytłaczany metal, zwłaszcza stop aluminium, lub tworzywa sztuczne. Materiały odpowiednie na obrzeże stanowiące elastyczne zawieszenie 3 obejmują, materiały sprężyste, jak piankowy kauczuk i spienione tworzywa sztuczne. Klejami nadającymi się na spoiny są kleje epoksydowe, akrylowe, cyjano-akrylanowe i temu podobne.

Na fig. 2b przedstawiono w powiększeniu płytowy radiator dźwięku 2, który jest sztywną lekką, laminowaną płytą przekładkową zawierająca rdzeń 22, korzystnie utworzony ze sztywnego spienionego tworzywa sztucznego 97, korzystnie polichlorku winylu o wiąza4

182 641 niach poprzecznych, lub regularnej struktury komórkowej 98, na przykład struktury plastrowej z folii metalowej, tworzywa sztucznego, przy czym komórki biegną poprzecznie względem płaszczyzny płyty, a zamknięte są przeciwległymi powłokami 21, korzystnie utworzonymi z papieru, kartonu, folii plastikowej lub metalowej, albo blachy. Jeżeli powłoki 21 wykonane są z tworzywa sztucznego, to mogą być wzmocnione włóknami, korzystnie węglowymi, szklanymi, z Kevlaru (RTM), w znany sposób, dla poprawy ich własności wytrzymałościowych na rozciąganie.

Dostępne materiały na powłoki i wzmocnienia obejmują włókna węglowe, szklane, z Kevlaru (RTM), Nomexu (RTM), korzystnie aramidu i temu podobne włókna w różnych warstwach i splotach, jak również papier, spajane laminaty papierowe, melaminę oraz różne folie z tworzyw syntetycznych o dużym współczynniku sprężystości, na przykład Mylar (RTM), Kaptan (RTM), poliwęglany, tworzywa fenolowe, poliestrowe lub pochodne, oraz tworzywa sztuczne 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 przykład 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 płyty.

Ponadto, takie tłoczenie w przypadku tego, i innych 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. W przypadku nieco słabszych materiałów rdzenia korzystne jest lokalne zwiększenie grubości powłoki, zwłaszcza w pewnym obszarze, aż do 150% średnicy przetwornika, dla wzmocnienia tego obszaru i korzystnego sprzężenia drgań fal odkształceń, indukujących energię w płycie. W ten sposób w przypadkach bardziej miękkich materiałów spienionych poprawia się 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 metali, 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 znany jest pod nazwą handlową Rohacell, a nadaje się na płytę radiatora 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 płytowego radiatora wykorzystuje się powłoki z metalu i stopu metalicznego, lub też wzmocnienie z włókna węglowego. Obydwie z nich, jak również przy użyciu stopu aerożelowego lub metalowego rdzenia plastrowego, płyty mają podstawowe własności ekranowania dla wielkich częstotliwości, które są ważne w niektórych zastosowaniach związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną eMc. Konwencjonalne głośniki płytowe 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.

Jeśli ważne jest, aby utrzymać ekranowanie w dowolnym zastosowaniu, wykonuje się połączenia elektryczne z częściami przewodzącymi odpowiedniej płyty DML, lub na zamocowanie brzegowe korzystnie stosuje się przewodzącą elektrycznie piankę lub podobną warstwę pośrednią

182 641

Elastyczne zawieszenie 3 wytłumia zamocowanie brzegowe płytowego radiatora dźwięku 2 dla zapobieżenia nadmiernemu przemieszczaniu się płyty. Ponadto można zastosować dodatkowe tłumienie, na przykład w postaci nakładek, spojonych z płytą w dobranych miejscach, w celu tłumienia nadmiernych przemieszczeń i wspomożenia rozprowadzenia rezonansu bardziej równomiernie po płycie. Nakładki są korzystnie wykonane z materiału na bazie bitumicznej, na przykład zwykle używanego w konwencjonalnych obudowach głośnikowych, lub może 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 strukturze płytowego radiatora zwiększa się przez zastosowanie elastycznego osadzenia, zamiast sztywnych klejów utwardzalnych.

Skuteczne selektywne tłumienie obejmuje specjalne zastosowanie płytowego radiatora 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 płytowego radiatora. Brzegowe zamocowanie środków tłumiących daje w efekcie płytowy radiator całkowicie obramowany, 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 płyty w uprzednio określonych środkowych zlokalizowanych pozycjach czynnego obszaru.

Akustyczny płytowy radiator jest rzeczywiście dwukierunkowy. Energia dźwięku emitowana 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 z dobrego odtwarzania przestrzeni naturalnej i otoczenia w odtwarzanych nagraniach dźwiękowych.

Chociaż promieniowanie dźwiękowe od płytowego radiatora dźwięku 2 jest głównie nie-kierunkowe, to zawartość procentowa informacji fazowej wzrasta w miarę oddalania się od osi. Dla ulepszonego ogniskowania, tak zwanego fantomowego obrazu stereo, rozmieszczenie głośników podobnie jak 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 dobrąjakość stereofonii.

W przypadku grupy słuchaczy występuje dodatkowa korzyść w porównaniu z odtwarzaniem za pomocą głośnika konwencjonalnego. Z natury rozproszony charakter promieniowania dźwięku przez płytowy radiator dźwięku 2 daje w wyniku brzmienie dźwięku wolne od zjawiska odwrotnej proporcjonalności do kwadratu odległości od równoważnego źródła dźwięku. W wyniku nie-środkowego i złego rozmieszczenia słuchaczy natężenie pola dla płytowego głośnika wzmaga efekt stereofoniczny w porównaniu do głośników konwencjonalnych. Jest tak dlatego, że znajdujący się z dala od środka słuchacz nie odczuwa nasilonego oddziaływania efektu bliskości najbliższego głośnika, po pierwsze nadmiernego wzrostu głośności od najbliższego głośnika, jak również spadku głośności od głośnika dalszego.

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

Na fig. 3, 4 i 5 przedstawiono elektroniczny klawiszowy instrument muzyczny 137, na przykład pianino, zawierający korpus 138 wsparty na nogach 139 stojących na trwałym podłożu. Korpus 138 ukształtowany jest z klawiaturą. 140 do gry na instrumencie.

Konwencjonalny instrument jest zaopatrzony w generator sygnału połączony z klawiszami i wzmacniaczem sygnału wysterowującym głośnik, natomiast płytowy głośnik 81 w przedstawionym przykładzie wykonania według wynalazku, jest płytowym radiatorem dźwięku 2 modu rozproszonego, przedstawionym na fig. 1 i 2, zawierającym lekką sztywną

182 641 prostokątną płytę 2, osadzoną na obwodzie w ramie 1, za pośrednictwem elastycznego zawieszenia 3 i wysterowywaną przez przetwornik 9. Jak to przedstawiono na fig. 3, płytowy głośnik 81 stanowi podstawę korpusu 138.

Na fig. 6 przedstawiono elektroniczny klawiszowy instrument muzyczny 137 w drugim przykładzie wykonania, mający korpus 138 z klawiaturą 140. Korpus 138 wsparty jest na przednich nogach 141 i zaopatrzony jest w płytowy głośnik 81 stanowiący jednocześnie podporę tylną instrumentu.

Płytowy głośnik 81 zawiera sztywną lekką wielorezonansową płytę stanowiącą płytowy radiator dźwięku 2 zamocowany na swym obrzeżu za pomocą elastycznego zawieszenia 3, korzystnie utworzonego z gąbczastego kauczuku, które wsparte jest na ramie 6 w postaci przegrody, korzystnie z płyty pilśniowej o średniej gęstości. Do płytowego radiatora 2 przymocowany jest przetwornik 9, dla emitowania fal odkształceń w głąb płyty dla pobudzenia płyty do rezonansu z wytworzeniem akustycznej energii wyjściowej. Konstrukcja jest zatem tego rodzaju, jak przedstawiono na fig. 1 i 2. Przetwornik 9 jest wysterowywany przez wzmacniacz (nie przedstawiony), który jest dołączony dla odbierania sygnałów wytwarzanych podczas naciskania klawiszy na klawiaturze, w konwencjonalny sposób.

.1 /20 <3 <20 22 /21 / ,--LT-^7-L'Ti

Fg. 2a

Fig 2b

182 641

Fig. 5

182 641

Fig. 1

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

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektroniczny instrument muzyczny, z klawiaturą i głośnikiem zawierającym promieniującą powierzchnię pobudzaną do rezonansu, znamienny tym, że głośnik (81) ma sztywny lekki płytowy radiator dźwięku (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) osadzony jest na płytowym radiatorze dźwięku (2) całkowicie i wyłącznie w jednej z określonych lokacji i jest przystosowany do pobudzania płytowego radiatora dźwięku (2) do drgań i rezonansu oraz emisji dźwięku podczas rezonansu.
2. 2. Instrument według zastrz. 1, znamienny tym, że płytowy radiator dźwięku (2) zawiera komórkowy rdzeń (22) zamknięty przekładkowo między warstwami powłokowymi (21) utworzonymi z materiału o dużym współczynniku sprężystości.
3. 3. Instrument według zastrz. 2, znamienny tym, że płytowy radiator dźwięku (2) jest zamocowany przez otaczającą go ramę (1).
4. 4. Instrument według zastrz. 3, znamienny tym, że płytowy radiator dźwięku (2) jest podparty w ramie (1) przez elastyczne zawieszenie (3).
5. 5. Instrument według zastrz. 4, znamienny tym, że płytowy radiator dźwięku (2) jest umieszczony przy podstawie korpusu (137) podpartego przez nogi (139).
6. 6. Instrument według zastrz. 1, znamienny tym, że płytowy głośnik (81) z radiatorem dźwięku (2) jest ustawiony pionowo względem podłoża.
7. 7. Instrument według zastrz. 6, znamienny tym, że rama (1) stanowi podporę instrumentu na podłożu.