RO119057B1 - Microfon în formă de panou - Google Patents

Abstract

Prezenta invenţie se referă la un microfon în formă de panou, ce cuprinde un element radiant (2), acustic, de tip distribuit, şi un traductor (63) cuplat, integral şi exclusiv, la respectivul element radiant (2), pentru a produce un semnal ca răspuns la rezonanţa elementului radiant (2), datorată energiei acustice incidente. ŕ

Description

Prezenta invenție se referă la un microfon în formă de panou, de tipul celor prevăzute cu elemente radiante acustic.

Este cunoscută, din cererea de brevet GB-A-2262861, soluția de realizare a unui difuzor în formă de panou, cuprinzând:

- un element radiant în varii moduri, rezonant, în formă de panou de tip sandwich, formând o construcție celulară unitară, alcătuită din două straturi peliculare dintr-un material, despărțite printr-un miez evidențiat prin secționarea transversală a construcției celulare, panoul având, independent de direcție, un coeficient de rezistență la încovoiere (B), egal cu masa panoului la puterea a 3-a, per unitate de suprafață (μ), de valoare minimă 10;

- un dispozitiv de montare, care susține panoul sau îl fixează de un corp de susținere, în mod liber și neamortizat;

- un dispozitiv electromecanic de acționare, cuplat la panou și care este utilizat pentru excitarea panoului rezonant, radiant în varii moduri, ca răspuns la aplicarea unui semnal electric, corespunzător benzii de frecvențe de lucru a difuzorului.

Pentru realizarea prezentei invenții se folosesc elemente de un anumit tip, structură și configurație care pot fi obținute în mod obișnuit și/sau în particular, prin aplicarea cunoștințelor din publicația cererii de brevet POT WO97/09842 al cărui solicitant este același cu cel al cererii de brevet POT care a stat la baza deschiderii fazei naționale a prezentei cereri de brevet. Astfel de elemente au capacitatea de a întreține și propaga, prin intermediul undelor de flexiune, energie de vibrație de intrare, în zona sau zonele operaționale care, de regulă, se extind transversal pe grosime, și nu neapărat până la marginile respectivului element sau elemente, fiind configurate cu sau fără anizotropie de rigiditate a flexiunii pentru a avea componente de vibrație de tip rezonant, în mod avantajos distribuite, în respectiva sau respectivele zone, pentru realizarea unui cuplări acustice cu mediul ambiant, având amplasamente sau locații preferențiale, predeterminate, în interiorul respectivei zone, pentru dispunerea unui traductor în respectiva sau respectivele zone, în special în acea parte sau părți în mod operațional active sau mobile ale acestora, eficace în ceea ce privește activitatea vibrației acustice și în ceea ce privește semnalele, de regulă electrice, corespunzătoare conținutului acustic a unei astfel de activități vibraționale. în publicația cererii de brevet PCT WO97/09842 menționată, sunt prezentate utilizările unor astfel de elemente, în cadrul unor dispozitive precum sunt dispozitivele acustice pasive fără traductor, cum ar fi, de exemplu, pentru reverberație, pentru filtrarea acustică sau pentru realizarea unei armonii acustice într-un spațiu sau într-o încăpere; și în dispozitivele acustice active cu traductor, cum sunt de exemplu cele din gama foarte largă a surselor acustice sau difuzoare, când acestora le sunt furnizate semnale de intrare, pentru a fi convertite, respectiv, în semnal sonor, sau cum sunt, de exemplu, microfoanele când acestea sunt expuse unui semnal sonor pentru a fi convertit într-un alt semnal.

Prezenta invenție se referă în mod particular la dispozitive acustice active sub formă de microfoane.

Se cunosc elemente de tipul celor de mai sus, cum ar fi, de exemplu, elementele radiante, cu funcționare în mod distribuit, ale căror caracteristici sunt în conformitate cu soluția descrisă în cererea de brevet PCT anterior menționată și/sau în conformitate cu caracteristicile specifice ale invenției din prezenta descriere.

Prezenta invenție se referă la un microfon panou, caracterizat printr-un element rigid cu densitate specifică mică, având capacitatea de a întreține și propaga, prin undele de flexiune, energie vibratorie de intrare, în cel puțin o zonă activă, care se întinde transversal pe grosime, pentru a avea componente vibratorii de tip rezonant, repartizate pe zona respectivă, și pentru a avea amplasamente sau locații preferențiale, predeterminate, în interiorul acelei zone, pentru dispunerea în unul din respectivele amplasamente sau locații, a unui traductor montat integral și exclusiv, pe elementul radiant menționat, pentru a produce un semnal ca răspuns la rezonanța elementului, datorită energiei acustice incidente.

R0119057 Β1

Elementul poate fi montat pe un cadru înconjurător prin intermediul unor mijloace de suspensie elastice, interpuse. Două sau mai multe dintre traductoarele menționate pot fi poziționate pe amplasările sau locațiile elementului. Elementul poate avea un miez celular dispus între niște straturi peliculare exterioare. Respectivul traductor sau traductoare poate 55 fi un dispozitiv de tip piezoelectric.

Microfonul conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- posibilitatea obținerii sub formă de panou;

- are o construcție simplă, de greutate redusă, fiind ușor de realizat;

- permite obținerea unui sunet uniform distribuit din punctul de vedere al frecvențelor; 60

- are proprietăți deosebite de ecranare a frecvențelor radio.

în continuare, este prezentat un exemplu de realizare al invenției, în legătură cu fig.1 -4, care reprezintă:

- fig.1, schema constructivă a unui difuzor de tip distribuit, conform descrierii invenției din publicația cererii de brevet PCT WO97/09842; 65

- fig.2a, vedere printr-o secțiune transversală, parțială, după linia de secționare A-A din fig.1;

- fig.2b, vedere printr-o secțiune transversală, la scară mărită, a unui element radiant cu funcționare în mod distribuit, de tipul celui din fig.2a, prezentat în două variante de realizare; 70

- fig.3, schema constructivă a unui microfon cu funcționare în mod distribuit, conform exemplului de realizare al invenției;

- fig.4, vedere în perspectivă a unui traductor de vibrație.

în fig.1, este prezentat un difuzor 81 în formă de panou, de tipul celui descris în publicația cererii de brevet PCT WO97/09842 al cărui solicitant este același cu cel 75 al cererii de brevet PCT, care a stat la baza deschiderii fazei naționale a prezentei cereri de brevet, difuzorul 81 având în alcătuire un cadru 1 rectangular, de care se fixează niște mijloace de suspensie elastică 3 dispuse de jur împrejurul conturului său periferic intern, ce susțin un element radiant 2, acustic, în formă de panou, de tip distribuit (cu funcționare în mod distribuit). Un traductor 9, de exemplu, de tipul celui pre- 80 zentat pe larg în publicațiile cererilor de brevet PCT WO 97/09859, WO 97/09861, WO 97/09859 având aceeași dată și același solicitant cu ale cererii de brevet PCT, este montat integral și exclusiv pe/sau în cadrul elementului radiant 2 în formă de panou, într-un amplasament predeterminat, definit prin coordonatele x și y, și a cărui localizare se calculează în conformitate cu cele prezentate în publicația cererii de brevet 85 PCT W097/09842, mai sus menționată, în scopul de a produce, în panou, unde de flexiune care să provoace intrarea lui în rezonanță, în scopul generării unei emisii acustice de ieșire.

Traductorul 9 este comandat printr-un amplificator de semnal 10, de exemplu, un amplificator de audiofrecvență conectat la traductor cu ajutorul unor conductoare 90

28. Sarcina amplificatorului de semnal 10 și necesarul de putere pot fi cele normale, similare cu cele ale difuzoarelor convenționale conice, iar sensibilitatea este de ordinul 86-88 dB/wați în condițiile utilizării într-o încăpere mobilată. Impedanța de sarcină a amplificatorului de semnal 10 este, în mare măsură, rezistivă, fiind de 6 ohmi, acesta disipând o putere de 20-80 wați. Atunci când miezul și/sau straturile peliculare ale pa- 95 noului sunt metalice, acestea pot fi realizate astrfel încât să se comporte ca un radiator de căldură al traductorului, pentru a evacua căldura din bobina ansamblului bobinămotor a traductorului și pentru a îmbunătăți astfel bilanțul energetic.

în fig.2a și 2b, sunt prezentate secțiuni transversale parțiale, tipice pentru difuzorul 81, din fig. 1. în fig. 2a, este prezentat modul în care cadrul 1, mijloacele de suspensie elastice 3 100 și elementul radiant 1 în formă de panou, sunt conectate împreună, folosind niște niște

RO 119057 Β1 mijloace de îmbinare adezivă 20. Ca materiale adecvate pentru realizarea cadrului 1 menționăm structurile ușoare de tip rame de tablou, confecționate din metal extrudat, aliaj de aluminiu sau plastic. Pentru mijloacele de suspensie elastice 3, este indicată folosirea unor materiale elastice cum ar fi, de exemplu, cauciucul sau plasticul, ambele de tip spumă. Ca materiale adecvate pentru mijloacele de îmbinare adezivă 20, menționăm adezivii epoxidici, acrilici, cianoacrilați etc..

în fig. 2b, este prezentat, la scară mărită, elementul radiant 2 în formă de panou ușor, rigid, ce are în alcătuire un miez 22 confecționat dintr-o spumă 97, rigidă, din material plastic ca, de exemplu, clorură de polivinil reticulată, sau o matrice celulară 98 având o structură de tip fagure realizată din folie metalică, plastic sau dintr-un alt material similar, și ale cărui celule se găsesc dispuse transversal, în raport cu planul panoului, fiind închise de două straturi peliculare 21 opuse, realizate, de exemplu, din hârtie, carton, plastic sau din foi sau folii metalice. Când straturile peliculare 21 sunt din plastic, pentru creșterea modulului său (Young), acestea vor putea fi întărite cu fibre, într-un mod în sine cunoscut, fibrele putând fi, de exemplu, din carbon, sticlă, Kevlar ® sau similar.

Materialele propuse pentru realizarea staturilor peliculare acoperitoare și a celor de întărire includ carbon, sticlă, Kevlar ®, Nomex ® însemnând fibre de aramid etc, de diferite structuri și texturi, cum ar fi hârtia, stratificatele de hârtie presată, melamină și diferitele pelicule din mase plastice sintetice de modul (Young) ridicat, precum Mylar-ul ®, Kaptan-ul ®, policarbonatul, fenolul, poliesterul sau masele plastice asociate, și mase plastice întărite cu fibre etc. și folii și foi metalice. Studiile și cercetările efectuate asupra clasei Vectra de materiale termoplastice polimerice cu cristale lichide au pus în evidență faptul că pot fi utilizate, cu bune rezultate pentru formarea prin injectare a straturilor peliculare acoperitoare sau a învelișurilor ultrasubțiri de dimensiuni relativ reduse, de exemplu, cu diametre de până la circa 30 cm. Acest material formează el însuși o structură cu cristale orientate în direcția de injectare, oferind o orientare preferențială, pentru o mai bună propagare a energiei acute, de la punctul de acționare până la marginile panoului.

în plus, o astfel de tehnică de formare a termoplasticelor de tipul celor menționate sau de alt tip permite ansamblului de utilaje de formare să transporte piese de poziționare și centrare, cum ar fi, de exemplu, cel de tip șanțuri sau inele pentru amplasarea, cu precizie, a părților componente ale traductorului, cum ar fi ansamblul bobină motor și suspensia magnetică. Mai mult, pentru unele tipuri de materiale, mai puțin rezistente, folosite la confecționarea miezului, se apreciază că ar fi avantajos să se mărească local, cu până la 150 % din diametrul traductorului, grosimea statului pelicular acoperitor, de exemplu, pe o porțiune sau pe suprafață circulară, în vederea creșterii rezistenței respectivei porțiuni sau suprafețe și cuplării, în mod avantajos, a energiei vibratorii, în panou. în acest fel, prin folosirea unor materiale spongiforme mai moi, se îmbunătățește răspunsul în înaltă frecvență.

Materialele utilizate pentru confecționarea stratului folosit ca miez sunt în formă de fagure sau au aspect ondulat, fiind fabricate din foi sau folii realizate pe bază de aliaje de aluminiu sau Kevlar ®, Nomex ®, hârtie obișnuită sau presată, precum și din diferite tipuri de straturi peliculare din mase plastice sintetice, cum ar fi masele plastice expandate sau spongiforme, sau chiar materialele sub formă pastă, inclusiv aerogel de metale dacă sunt de densitate suficient de mică. Unele dintre materialele adecvate pentru confecționarea stratului folosit ca miez, prezintă practic proprietatea de a-și forma, în mod automat, staturile peliculare acoperitoare, în momentul fabricării și/sau pot avea o rigiditate inerentă, suficientă pentru a putea fi utilizate între straturile peliculare acoperitoare, fără a necesita laminare. Un alt material ce poate fi utilizat la confecționarea stratului folosit ca miez și având denumirea comercială Rohacell, este cunoscut pentru performanțele sale ridicate, fiind de tipul fără strat pelicular acoperitor, materialul putând fi utilizat ca panou radiant. Practic, se urmărește obținerea unui material de greutate redusă și rigiditate globală, corespunzătoare pentru o anumită aplicație particulară, presupunându-se inclusiv optimizarea, în mod special, a straturilor folosite ca miez, a straturilor peliculare acoperitoare și a porțiunilor de trecere dintre acestea două.

r

R0119057 B1

Unele dintre variantele preferențiale de realizare a unui astfel de panou utilizează folii metalice sau folii din aliaje metalice, sau ca variantă alternativă, folosesc o întăritură din fibre carbo- 155 nice. Ambele soluții de mai sus, precum și alte structuri de tip fagure, metalice sau din aerogel (aliaj de Kevlar ® și de carbon), folosite drept miez, prezintă proprietăți deosebite de ecranare a frecvențelor radio, ceea ce constituie un element de o importanță deosebită în diferite aplicații EMC. Difuzoarele de tip conic sau panourile convenționale nu au astfel de proprietăți inerente de ecranare EMC. 160 în afară de aceasta, trebuie avut în vedere că, în variantele preferențiale de realizare a invenției, traductoarele piezoelectrice și cele electrodinamice prezintă radiații electromagnetice sau câmpuri magnetice de dispersie, de intensități neglijabile. Difuzoarele convenționale au câmpuri magnetice mari, care se pot ajunge până la un metru distanță, în lipsa luării unor contramăsuri de compensare, specifice. 165 în cazul aplicațiilor în care se impune asigurarea unei bune ecranări, conexiunile electrice se pot face la părțile conductoare electric ale unui panou DML de tip corespunzător sau la o spumă electric conductoare, ori se poate recurge la utilizarea unei interfețe, similară celor folosite la montarea marginilor.

Mijloacele de suspensie elastice 3 asigură amortizarea marginilor panoului 2 pentru a 170 preîntâmpina deplasările excesive ale marginilor respectivului panou. Suplimentar sau ca variantă de deplasare, mai poate fi folosită ca amortizare, aplicarea, de exemplu, a unor petice fixate pe panou în anumite poziții preselectate pentru atenuarea mișcărilor excesive, în scopul de a asigura distribuirea, în mod uniform, a rezonanței pe întreg cuprinsul panoului. Astfel de petice pot fi executate din material realizat pe bază de bitum, folosit de regulă la incintele difuzoa- 175 relor convenționale, sau pot fi realizate dintr-un material polimeric, laminat, elastic sau rigid. Unele materiale, în special hârtia și cartonul, precum și unele materiale folosite drept miez, pot prezenta proprietăți de autoatenuare. Atunci când se dorește, la confecționarea panoului, poate fi mărită amortizarea prin utilizarea de adezivi a căror durificare este elastică, în locul utilizării unora de durificare rigidă. 180

O amortizare selectivă și eficientă presupune un mod de aplicare specific pe panou și inclusiv pe materialul laminat care este parte integrantă, permanentă, a acestuia. Marginile și colțurile se pot dovedi deosebit de importante pentru modurile de vibrație de joasă frecvență, ale panourilor, care sunt dominante și de mai mică dispersie. Fixarea marginilor, pentru un element de amortizare, poate conduce în mod util la obținerea unui panou al cărui material, în formă lami- 185 nată, să fie complet prins pe margini, chiar dacă colțunile acestuia vor rămâne relativ libere, de exemplu pentru a permite o eventuală extindere a funcționării la frecvențe relativ joase. Fixarea se poate face cu ajutorul unor materiale adezive sau chiar autoadezive. Alte forme utile de amortizare, în special, atunci când se urmărește obținerea unor anumite efecte speciale și/sau a frecvențelor de nivel mediu și înalt, se pot prezenta sub forma uneia sau mai multor greutăți adec- 190 vate, fixate de materialul laminat în anumite poziții predeterminate, practic localizate median, în cadrul zonei respective.

Un panou, așa cum s-a descris mai înainte, este un receptor bun al sunetului care apare ca vibrație acustică pe panou. O structură preferabilă de panou ușor favorizează sensibilitatea și vibrația poate fi sesizată prin unul sau mai mulți traductori preferabili de flexiune, simpli, de 195 exemplu, de tipul descris în fig. 4 de mai jos. O multitudine de traductori și pozițiile de amplasare a traductorilor optimizează calitatea cuplării, de la vibrațiile distribuite ale panoului la semnalul electric de ieșire dorit. Amplasarea poate fi în poziția (ile) de densitate modală înaltă în interiorul panoului, în timp ce panoul însuși ar trebui să aibă o geometrie reală preferată sau o geometrie echivalentă pentru o distribuție modală mai bună. 200

Energia sunetului incident pe panou este convertită într-o vibrație liberă. Această vibrație poate fi sesizată de către traductori de vibrație optici sau electromagnetici și rezultatul este un microfon. Pentru aplicații necritice, un singur senzor este eficient plasat într-un punct de acționare optimizat, echivalent.

RO 119057 Β1

Pentru calitate superioară, poate fi luată în considerare natura nereciprocă a principiului traductorului. Doi factori sunt pertinenți: în primul rând, o anumită egalizare dependentă, de frecvență, pentru a atinge un răspuns plat al frecvenței și în al doilea rând, necesitatea de a capta un spectru larg al vibrațiilor complexe ale panoului acustic. Este indicat un minim de trei traductori; ei pot să fie de tipul per tensiunii de polarizare (bender), care sunt ieftini, cu ieșirile lor conectate în paralel. în mod alternativ, pot fi aplicate pelicule de polimeri piezoelectrici pe zone întinse, cu model geometric adecvat pentru senzor pentru a defini suprafețele de integrare a vibrației pentru optimizarea cerută a sensibilității față de răspunsul frecvenței.

Pentru aplicația drept microfon, este avantajos ca panoul să fie ușor pentru a furniza cel mai bun echilibru între impedanța radiației aerului și impedanța panoului. Sensibilitatea superioară se realizează cu panouri cu masă inferioară. Pentru un singur traductor, calculele pentru modelul teoretic indică o amplasare optimă pe un colț al panoului, dacă toate tipurile vibraționale sunt sonorizate la colțuri.

în fig. 3, este prezentat un element radiant 2, în formă de panou, conform prezentei invenții, cu funcționare în mod distribuit, ce poate fi, de exemplu, de tipul celui prezentat în fig.1 și 2, fiind caracterizat prin utilizarea ca receptor de sunete sau ca microfon. Deși nu este arătat în desene, elementul radiant 2, în formă de panou, este montat pe un cadru 1 care înconjură respectivul element radiant 2, ce este prins de cadrul 1 menționat, prin intermediul unor mijloace de suspensie elastice 3, după cum este prezentat în fig.1 și 2. Cadrul 1, fie este suspendat pe niște cabluri 33 pereche, de exemplu, de un plafon, fie este de tipul celor care se sprijină pe sol (nereprezentat).

Elementul radiant 2 în formă de panou susține o rețea matriceală de patru traductoare 63 de vibrație, care se dispun, distanțat, pe suprafața elementului radiant 2, în formă de panou și care pot fi traductoare piezoelectrice de tipul celui prezentat în fig.4 de mai jos, ce se cuplează în paralel, pentru a excita niște mijloace de recepție și de condiționare semnale 65, conectate la niște mijloace de ieșire semnale 66.

în fig. 4, este prezentat un traductor 9 destinat utilizării în cadrul unui element radiant 2, în formă de panou cu funcționare în mod distribuit, traductorul 9 fiind realizat sub forma unui excitator piezoelectric 27 de tip disc cristalin, care se montează pe un disc 118, din alamă, care este prins de o față a elementului radiant 2 în formă de un panou, prin intermediul unor mijloace de îmbinare adezivă 20. în timpul funcționării, semnalul acustic aplicat, prin intermediul unor conductoare 28, traductorului 9, produce flexionarea excitatorului piezoelectric 27 de tip disc cristalin, producându-se astfel o deformare locală, elastică, a elementului radiant 2 în formă de panou, care determină propagarea, în panou, a undelor de flexiune.

Claims (5)

1. Revendicări

   1. Microfon în formă de panou, caracterizat prin aceea că acesta cuprinde un element radiant (2), ușor și rigid, având capacitatea de a întreține și propaga, prin undele de flexiune, energie vibratorie de intrare, în cel puțin o zonă activă, care se întinde transversal pe grosime, pentru a avea componente vibratorii de tip rezonant, repartizate pe zon avea amplasamente sau locații preferențiale, predeterminate, în interiorul acelei zone, pentru dispunerea, în unul din respectivele amplasamente sau locații, a unor traductoare (9, 63) montate integral și exclusiv pe elementul radiant (2), menționat, pentru producerea unui semnal, ca răspuns la rezonanța elementului radiant (2), ce se datorează energiei acustice incidente.
2. 2. Microfon conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că elementul radiant (2) este montat într-un cadru (1), care-l înconjoară, prin intermediul unor mijloace de suspensie elastică (3), interpuse.

   R0119057 Β1
3. 3. Microfon conform revendicării 1 sau 2, caracterizat prin aceea că este prevăzut cu cel puțin două traductoare (9,63) dispuse pe elementul radiant (2), în unul din respectivele amplasamente sau locații.
4. 4. Microfon conform oricăreia dintre revendicările anterioare, caracterizat prin aceea că elementul radiant (2) are un miez celular (22), intercalat între niște straturi (21).
5. 5. Microfon conform oricăreia dintre revendicările anterioare, caracterizat prin aceea că fiecare dintre traductoare (9,63) este de tip piezoelectric.