Opublikowano dnia 4 marca 1959 r.^ ' LIQTEKA»Q#J BIB M^-oh f wantowego I POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITE) LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 41728 KI. 21 a2, 13/02 Deutscher Demokratischer Rundfunk Betriebslaboratorium fiir Rundfunk und Fernsehen BerMn-Adlershof, Niemiecka Republika Demokratyczna Uklad do mechanicznego tlumienia glosników Patent trwa od dnia 17 stycznia 1957 r.Wynalazek dotyczy ukladu materialów poro¬ watych (tkanin porowatych), warstw wlóknistych, plecionek materialów piankowych, plyt porowa¬ tych do mechanicznego tiumienia glosników o od¬ powiedniej opornosci jednostkowej przeplywu i odpowiednim powierzchniowym dozowaniu.Ze wzgledu na wygladzanie charakterystyki glosnika w funkcji czestotliwosci, a wiec na jego subiektywne brzmienie, szczególne znaczenie po¬ siada dostateczna tlumiennosc drgan membrany, do których zwlaszcza nalezy zaliczyc rezonans charakterystyczny zamocowania membrany (re¬ zonans podstawowy).Rezonans podstawowy uwydatnia sie z rózna sila w zaleznosci od pola magnetycznego, mecha¬ nicznych wlasciwosci ukladu centrowania i wlas¬ ciwosci membrany oraz elektrycznych wlasciwos¬ ci dopasowania wyjscia wzmacniacza do cewki drgajacej. Przerost predkosci drgan membrany, zachodzacy przy rezonansie, oddzialywa w wiek¬ szym lub mniejszym stopniu na przebieg cha¬ rakterystyki wypromieniowanej mocy akustycz¬ nej w funkcji czestotliwosci w zaleznosci od wiel¬ kosci i warunków montazu ukladu odgrody dzwiekowej lub oslony. Jednak nawet wtedy, gdy przyrost krzywej wypromieniowanej mocy akustycznej jest niedostrzegalny wobec zlych wa¬ runków promieniowania, glosnik na skutek wy¬ stepowania slyszalnych procesów wyrównaw¬ czych moze posiadac gluche brzmienie, jezeli predkosc drgan membrany jest niedostatecznie tiumirana. Przyrost predkosci drgan membrany wystepujacy w rezonansie podstawowym mozna regulowac za pomoca specjalnych sposobów.Pierwszy sposób polega na wzmocnieniu pola magnetycznego w szczelinie powietrznej.Drugi sposób polega na tym, iz zawieszenie cewki drgajacej jest umieszczone w tlumiacym osrodku, bedacym mieszanina tluszczów.Trzeci sposób polega na tym, iz membrana jest otoczona koszykiem, w którym za pomoca pew¬ nej liczby drobnych umieszczonych na po¬ wierzchni tlumików objetosc powietrza, poru¬ szana przez membrane, ulega zgeszczeniu i roz¬ rzadzeniu tak, iz powstaja tlumiace wiry powie¬ trzne.Czwarty sposób polega na doprowadzeniu opor- nosci wyjsciowej- wzmacniacza mocy do szcze¬ gólna* malych lub nnwet ujemnych wartosci za pomoca ujemnego sprzezenia zwrotnego.Piaty sposób to szereg rozwiazan, wedlug któ¬ rych glosnik jest zaopatrzony w szczelnie zam¬ kniety koszyk membranowy, a przestrzen po¬ wietrzna miedzy koszykiem membranowym i membrana jest wypelniona materialem, tlu¬ miacym drgania.Szósty sposób to wielorakie stosowanie mem¬ bran o zwiekszonym tarciu wewnetrznym lub po¬ wlekanie powierzchni membrany materialem o duzym wspólczynniku tarcia.Ostatni sposób to róznego rodzaju umieszcza¬ nie na brzegu membrany materialu tlumiacego.Wszystkie te rozwiazania nie dzialaja na ogól w sposób wystarczajacy, gdyz nie pozwalaja na optymalne dozowanie tlumienia lub tez nie za- - pewniaja równomiernego rozlozenia dzialania na powierzchnie membrany albo tez, w przypadku tlumienia za pomoca wirów powietrznych, wpro¬ wadzaja znieksztalcenia nieliniowe.Istnieje bowiem pewne optimum dla wymaga¬ nego stopnia ogólnego tarcia, zalezne od ogólnej sztywnosci i ogólnej masy danego ukladu lacz¬ nie z ukladem zawieszenia. Optimum to wynika z wymagania mozliwie najbardziej liniowego przebiegu promieniowania mocy w zakresie re¬ zonansu wlasnego i wystarczajaco malych nie slyszalnych procesów wyrównawczych.Wady sposobów wymienionych wyzej usuwa wynalazek.Optymalne tlumienie, dzialajace na cala po¬ wierzchnie membrany, osiaga sie wedlug wyna¬ lazku w ten sposób, ze w odleglosci d, wystar¬ czajaco malej w porównaniu z dlugoscia fali X od membrany d (d < A.), albo w lekkim zetknie¬ ciu z membrana umieszczona jest przed nia albo za nia porowata tkanina lub porowaty material, o odpowiedniej wartosci tarcia wzglednie opor¬ nosci jednostkowej przeplywu w sposób unie¬ mozliwiajacy drgania, tak iz powietrze poruszane przez membrane przeplywa przez tkanine, dzie¬ ki czemu wystepuje tlumienie wskutek tarcia w materiale. Wobec malej odleglosci miedzy materialem tiumiacym i membrana wielkosc tar¬ cia ukladu prawie dodaje sie do mechanicznej wartosci tarcia ukladu membranowego. Wyna¬ lazek umozliwia jednoczesnie tlumienie wyzszych drgan wlasnych membrany, o ile odleglosc mie¬ dzy warstwa tlumiaca i membrana jest mala wobec dlugosci fali.Wynalazek moze byc zastosowany juz podczas budowy ukladu lub tez wprowadzony do dowol¬ nego wykonanego ukladu np. w ten sposób, ze material naklada sie na otwory koszyka wzgled¬ nie wewnatrz koszyka pomiedzy membrana i ko¬ szykiem, przy czym w celu wyznaczenia opty¬ malnego dzialania tarcia czesci otworów koszy¬ ka albo poszczególne otwory koszyka w calosci moga bjTc zamkniete na stale w sposób unie¬ mozliwiajacy drgania. Inna mozliwosc polega na tym, ze material umieszcza sie w przestrzeni po¬ wietrznej, zamknietej przez membrane, badz tez bezposrednio przed otworem glosnika lub tez w otworze.W przypadku prostego ukladu drgajacego, jaki otrzymuje sie przy zmontowaniu glosnika na przegródce dzwiekowej lub w zamknietej skrzyn¬ ce, mozna latwo przeprowadzic analize zachodza¬ cych zjawisk. Dzialanie fizyczne takiego ukladu opisano ponizej.Kazdy oscylator membranowy posiada dolna granice czestotliwosci (czestotliwosc rezonanso¬ wa), powyzej której promieniowanie mocy w za¬ kresie warunków drgania membrany tlokowej az do wartosci —— ny ukladu promieniujacego), jest niezalezne od czestotliwosci, a ponizej której promieniowanie mocy maleje w stosunku 10-4. W obszarze tej czestotliwosci granicznej ruch membrany i tym samym predkosc membrany przebiega wedlug krzywej rezonansowej, której szerokosc polówko¬ wa zalezy od tlumienia calego ukladu mecha¬ nicznego, skladajacego sie z ukladu zawieszenia membrany i zamocowania brzegowego, z oporu promieniowania zaleznego od warunków mon¬ tazu, oraz z tlumienia magnetycznego, wynika¬ jacego z indukcji szczelinowej i z oporu zródla zastosowanego wzmacniacza i elektrycznych wlasciwosci cewki drgajacej.Predkosc drgan membrany jest wyrazona na¬ stepujaca zaleznoscia.V = ^2_L?_U • 10-1 fani 1(1) L Ze • io9 J gdzie U0 oznacza napiecie biegu jalowego wzmac¬ niacza [wolty] B-indukcje w szczelinie [gausy] 1 — dlugosc drutu cewki glosnikowej [cm] Ze = R + i X ogólna zespolona opornosc elek¬ tryczna obwodu glosnikowego [omy] Zn¦ = r + i (com ) =zespolony mechaniczny w - - opór wypadkowy —^— L sek J przy czym r, m, s oznaczaja wypadkowe wartos¬ ci tarcia, masy i sztywnosci. a —Wprowadzajac czestotliwosc rezonansowa Pred¬ kosci mozna równanie powyzsze przeksztalcic jak nastepuje: co .-/ A A Uo B • 1 Ze L\ w / Zel09J •10- Zel09J (2) W zakresie niskich czestotliwosci mozna na ogól az do kilkuset Hz przyrównac wartosc oporu Z© do sumy z oporu pradu stalego Ri wyjscia wzmacniacza i oporu pradu stalego cewki glos¬ nikowej RSp (Ze os R c\3 Rj + Rsp).Moc wypromieniowana przez glosnik ma wów¬ czas wartosc N=- Czlon Uo*(Bl)J u* R2 [ (Bl)» (BI)2 . / o)r2\ 1 r + 1 I U) — 13= I OJ Y const, (3) mozna traktowac jako tarcie mag¬ io 9R netyczne, tak iz w postaci równania (3) tarcie ogólne jest przedstawione jako suma tarcia me¬ chanicznego i magnetycznego.Jezeli nie wystepuje zwarcie akustyczne to maksimum wypromieniowanej mocy zachodzi przy wartosci: w* =w,2 l (*) i__L r + (B1)* 2 K Gdy tarcie ogólne jest male, to maksimum mo¬ cy wypada przy wartosci (o=o)r. Dobierajac tar¬ cie wypadkowe równe mcor otrzymuje sie ma¬ ksimum mocy przy co = 1,4 bierze sie ogólne /tarcie m. cor, wówczas ma¬ ksimum mocy zachodzi przy jeszcze wyzszych czestotliwosciach i wreszcie dazy teoretycznie do po dla wartosci 1,4 cor m. Z powyzszych rów¬ nan widac, ze pozadane tarcie ogólne powinno lezec w poblizu mcoP gdy z jednej strony (r ^ mcor) nie powinny wystepowac zadne za¬ klócajace procesy wyrównawcze, a z drugiej strony (r ^ m cor) nie powinno miec miejsca w krzywej promieniowania znaczne przesuniecie maksimum mocy w kierunku wyzszych czesto¬ tliwosci, a tym samym znaczne pogorszenie przebiegu czestotliwosci w zakresie niskich cze¬ stotliwosci.Dokladne przeliczenie wykazuje, ze dla uzy¬ skania optymalnego przebiegu krzywej mocy w funkcji czestotliwosci tarcie ogólne powinno byc doprowadzone do wartosci 1,1 mcor, co w szczególnosci uwidacznia wykresma fig. 5. Na osi odcietych odlozono stosunek zmiennej cze¬ stotliwosci do czestotliwosci rezonansowej — a na osi rzednych — moc wzgledna jako para¬ metr czynnika —^—« Odchylenie od sredniego przebiegu (co co,) wynosi wówczas przy — 0,75 dB i przy maksi¬ mum mocy + 0,75 dB. Dopuszczajac odchylenie ± 1,5 dB od sredniego przebiegu nalezy utrzy¬ mac tarcie ogólne miedzy wartosciami 0,95 mto, i 1,2 mcor. Dla tarcia optymalnego otrzymuje sie dekrement tlumienia fi «= 3,45, tzn. w przypadku drgan stosunek amplitud dwóch wychylen za¬ chodzacych w odstepie jednego okresu wynosi cv3 30, co oznacza, ze juz nie wystepuja subiek¬ tywnie sluszalne procesy wyrównawcze. W prak¬ tyce nie zawsze jest konieczne aby optymalny dekrement tlumienia wynosil fi = 3,45. Czesto juz wystarcza dekrement o wartosci 6 ^ 2,2, aby na tyle zlagodzic zaklócajac procesy wy¬ równawcze, ze uzyskuje sie znaczne polepsze¬ nie brzmienia subiektywnego, w kazdym razie biorac pod uwage znaczniejsze odchylenie krzy¬ wej mocy od przebiegu liniowego.Na ogól zwykly handlowy uklad glosnikowy nie wykazuje optymalnego tarcia ogólnego o wartosci 1,1 corm lub l,l^/rasm co wynika z nastepujacego przykladu: W glosniku czterowaltowym o srednicy koszy¬ ka 200 cm zmierzono lub wyliczono nastepujace wartosci: Indukcja szczelinowa Dlugosc drutu cewki Opornosc dla pradu sta¬ lego zastosowanego wzmacniacza Opornosc pradu stalego cewki glosnikowej Czestotliwosc rezonansowa Masa ukladu glosnikowego (membrana + centrowa¬ nie) Masa powietrzna wlaczo¬ na przed membrana glosnikowa wyliczona wedlug Raleigh'a Masa ogólna Tarcie magnetyczne Mechaniczne tarcie strat ukladu Tarcie promieniowania wedlug Raleigh'a B = 10000 [gausów] 1 = 360 lem] Ri = 2 [Q] Rsp - 5 [O] fr = 60 [Hz] mm = 9 [g] mL = 4 [g] m - 13 [g] (BI)' 109R = 1,85,10' r—i Lsek.J - 0,22.10a [ sek. J - O.IS.IO* Llek~J — 3 —Z pftwrsrtitfigo wynika ze iftrete ogolat wno¬ si 2,MM^—L—, jednakowoz dla optymalnego •ck. tlumienia wymagane jest tarcie ogólne 1,1 o),m = 1,1 • 2 ji • 60.13 = 5,4 . 108|—| braku- L&ek.J jaca wiec wartosc taircla wynosi 3,3. 108 —7- Brakujace tam© mozna uzyskac wedlug wy- eaiazku stosujac porowaty material lub ma¬ terial o odpowiedniej opornosci przeplywu. Ma¬ terial ten musi byc niezdolny do drgania w roz¬ wazonym zakresie drgan wzglednie powinien byc uczyniony niezdolnym do drgania tak, aby eJonoiról tyiioo czysty opór tarcia.Na tig. 1—4 przedstawiono schenfatyicznjie przykladowe rozwiazania ukladu wedlug wy¬ nalazku w widoku i w przekroju. Jak uwidacz¬ nia fig. 1 mozna umiescic material oporowy 1 np. miedzy porowatymi wzglednie sztywnymi plytkami 2 lub kratami 3. Stopien dziurkowa¬ nia mozna dobrac odpowiednio do wielkosci do¬ datkowego tlumienia, potrzebnego dla okre¬ slonego typu glosnika. Jak uwidacznia fig. 2 i 3 prawidlowe wymiary mozna uzyskac w ten sposób, ze do regulowania optymalnego dzia¬ lania tarcia, w celu dopasowania do okreslo¬ nego ukladu glosnikowego, zaslania sie czesc zastosowanego materialu oporowego 1, za po¬ moca obrotowych przeslon 4 lub przesuwnych przeslon 5. Jako sposób do uzyskania dodatko¬ wego tlumienia mozna stosowac mankiety z ela¬ stycznego materialu piankowego o odpowied¬ niej opornosci przeplywu, naciagane na koszyk i czynne otwory glosnika.Wedlug fig. 4 mozna równiez uzyty mate¬ rial 1 przy zajstosowainiu urzadzenia o odpo¬ wiedniej bmstrukcji doprowadzic przez scisnie¬ cie np. za pomoca srub 6 do wymaganej wiel¬ kosci tarcia, poniewaz opornosc przeplywu za¬ lezy równiez od stopnia sciskania.Nastawienie optymalnego tlumienia wedlug wynalazku mozna kontrolowac przez pomiary oporu na cewce glosnikowej. PL