RU2795944C1 - Horn phased electro-acoustic transducer - Google Patents

Horn phased electro-acoustic transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2795944C1
RU2795944C1 RU2022103303A RU2022103303A RU2795944C1 RU 2795944 C1 RU2795944 C1 RU 2795944C1 RU 2022103303 A RU2022103303 A RU 2022103303A RU 2022103303 A RU2022103303 A RU 2022103303A RU 2795944 C1 RU2795944 C1 RU 2795944C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acoustic
flat
horn
vibrations
piezoceramic
Prior art date
Application number
RU2022103303A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Борисович Комиссаренко
Original Assignee
Владимир Борисович Комиссаренко
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Борисович Комиссаренко filed Critical Владимир Борисович Комиссаренко
Application granted granted Critical
Publication of RU2795944C1 publication Critical patent/RU2795944C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: acoustics; horn electro-acoustic transducers.
SUBSTANCE: acoustic piezoceramic transducer, containing a housing in which a membrane is fixed around the circumference, having a flat and internal convex part, at the base of which a bimorph piezoblock with two piezoelectric disks connected to electrical conductors is fixed; a facility reflecting acoustic vibrations is fixed above the convex and the flat part of the membrane. Two acoustic piezoceramic transducers are also installed in the transduce; its membranes featuring a flat and a convex part are fixed around the circumference inside flat annular holders, which ensure their counter-directional fastening on the flat sides of the truncated cones forming a circular horn, between which an acoustic reflecting waveguide is positioned with the radius greater than the wavelength of the emitted acoustic vibrations; electrical conductors from piezoceramic disks of bimorph piezoblocks are connected to a source of electrical vibrations so that acoustic vibrations from acoustic piezoceramic transducers are added at the output of the horn phased electroacoustic transducer, increasing the acoustic pressure, forming a circular toroidal radiation pattern.
EFFECT: creation of a circular toroidal radiation pattern.
1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электроакустическим преобразователям работающих в диапазоне звуковых и ультразвуковых акустических волн. Разработан для применения в фазированных решетках акустических оповещателей дальнего действия с круговой диаграммой направленности, высоким КПД, продолжительной длительностью непрерывной работы, увеличенным количеством условных акустических сигналов.The present invention relates to electro-acoustic transducers operating in the range of sound and ultrasonic acoustic waves. Designed for use in phased arrays of long-range acoustic annunciators with a circular pattern, high efficiency, long duration of continuous operation, an increased number of conditional acoustic signals.

Известны звуковые оповещатели с круговой диаграммой направленности широко применяемых в качестве звуковых сирен для подачи тревожных сигналов в МЧС и МО РФ. Но они имеют низкий КПД и повышенное потребление электроэнергии. Из -за инерционности в наборе оборотов двигателя и его торможения сирена не -способна подавать более трех условных сигналов.Sound annunciators with a circular pattern are widely used as sound sirens for giving alarm signals to the Ministry of Emergency Situations and the Ministry of Defense of the Russian Federation. But they have low efficiency and increased power consumption. Due to the inertia in the set of engine revolutions and its braking, the siren is not able to give more than three conditional signals.

Широко применяемые на транспорте, электродинамические сирены обладают более высоким КПД и большим количеством условных акустических сигналов, но при длительной работе склонны к отказам.Widely used in transport, electrodynamic sirens have a higher efficiency and a large number of conditional acoustic signals, but they are prone to failures during long-term operation.

Наиболее высокими КПД и небольшим потреблением электроэнергии отличаются электроакустические преобразователи на основе пьезокерамики, применяемые в акустических оповещателях различного назначения. Однако они имеют узкую диаграмму направленности.The highest efficiency and low power consumption are distinguished by electro-acoustic transducers based on piezoceramics used in acoustic annunciators for various purposes. However, they have a narrow radiation pattern.

Задачей изобретения является создание электроакустического преобразователя, на основе пьезокерамики, с высоким КПД, круговой тороидальной диаграммой направленности, повышенным количеством подаваемых условных акустических сигналов, в том числе подаваемых с помощью азбуки Морзе. Конструкция электроакустического преобразователя должна обеспечивать его применение в акустических оповещателей дальнего действия.The objective of the invention is to create an electro-acoustic transducer, based on piezoceramics, with high efficiency, circular toroidal radiation pattern, increased number of conditional acoustic signals supplied, including those supplied using Morse code. The design of the electro-acoustic transducer should ensure its use in long-range acoustic annunciators.

Близким по принципу работы к заявленному изобретению является электроакустический преобразователь описанный в патенте на изобретение PU №2647509 в котором применен акустический отражательный экран, частично закрывающий мембрану излучающую акустические колебания, что увеличивает звуковое давление на выходе электроакустического преобразователя и улучшает КПД. Однако диаграмма направленности, не превышает 80 градесов.Close in principle to the claimed invention is an electro-acoustic transducer described in the patent for invention PU No. 2647509, in which an acoustic reflective screen is used, partially covering the membrane emitting acoustic vibrations, which increases the sound pressure at the output of the electro-acoustic transducer and improves efficiency. However, the radiation pattern does not exceed 80 degrees.

Наиболее близким по техническим характеристикам является электроакустический преобразователь описанный в патенте на изобретение РU №2716287 в котором, для повышения КПД, акустический отражательный экран полностью закрывает мембрану излучающую акустические колебания. Но, это сузило диаграмму направленности. Однако учитывая, что электроакустические преобразователи такой конструкции имеют наилучшие технические характеристики, было решено на их основании разработать электроакустический преобразователь с круговой тороидальной диаграммой направленности. С этой целью, вместо акустического отражательного экрана применен акустический отражающий волновод, радиус которого должен быть больше длинны волны применяемых акустических колебаний. При таких условиях акустическая волна, согласованная с воздушной средой, от центра акустического отражающего волновода, равномерно распространяется к его периферии, что дает возможность направить ее в рупор, имеющий круговую диаграмму направленности, состоящий из двух усеченных конусов. На поверхностях усеченных конусов, соединенных между собой держателями, закреплены два, встречно направленных, электроакустических преобразователя, разделенных акустическим отражающим волноводом. Во внутренних полостях усеченных конусов, закрытых крышками, можно установить необходимую аппаратуру. При полевых испытаниях, было получено акустическое давление не менее 125 дб. на метр при тороидальной диаграмме направленности изображаемой в разрезе на ФИГ - 3.The closest in terms of technical characteristics is the electro-acoustic transducer described in the patent for the invention RU No. 2716287 in which, to increase the efficiency, the acoustic reflective screen completely covers the membrane emitting acoustic vibrations. But, it narrowed the radiation pattern. However, taking into account that electroacoustic transducers of this design have the best technical characteristics, it was decided to develop an electroacoustic transducer with a circular toroidal directivity pattern based on them. For this purpose, instead of an acoustic reflective screen, an acoustic reflective waveguide is used, the radius of which should be greater than the wavelength of the applied acoustic vibrations. Under such conditions, an acoustic wave, consistent with the air environment, from the center of the acoustic reflective waveguide, evenly propagates to its periphery, which makes it possible to direct it into a horn having a circular pattern, consisting of two truncated cones. On the surfaces of truncated cones, interconnected by holders, two oppositely directed electroacoustic transducers are fixed, separated by an acoustic reflective waveguide. In the internal cavities of truncated cones, closed with covers, you can install the necessary equipment. During field tests, an acoustic pressure of at least 125 dB was obtained. per meter with a toroidal radiation pattern shown in the section in FIG - 3.

Для сужения диаграммы направленности и увеличения дальности действия, применяется составная фазированная решетка, состоящая из необходимого количества фазированных электроакустических преобразователей ФИГ - 2.To narrow the radiation pattern and increase the range, a composite phased array is used, consisting of the required number of phased electro-acoustic transducers FIG - 2.

Для улучшения наглядности при изучении принципа работы устройства узлы крепления элементов кругового рупора на рисунках, не обозначены.To improve clarity when studying the principle of operation of the device, the attachment points of the elements of the circular horn in the figures are not indicated.

КОНСТРУКЦИЯ РУПОРНОГО ФАЗИРОВАННОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ,DESIGN OF A HORN PHASED ACOUSTIC TRANSDUCER,

На ФИГ - 1 изображена конструкция рупорного фазированного электроакустического преобразователя, состоящего из двух усеченных конусов 1, образующих круговой рупор. На вершинах конусов установлены встречно направленные электроакустические преобразователи 2 разделенные, с зазором, общим акустическим отражающим волноводом 3. Электроакустические преобразователи состоят из плоского кольцевого корпуса, на котором закреплена мембрана 4, имеющая плоскую и центральную выпуклую часть, в основании которой закреплен биморфный пьезоблок 5 с двумя пьезокерамическими дисками 6 соединенными с электропроводниками 7 для синфазного возбуждения биморфных пьезоблоков.FIG - 1 shows the design of a horn phased electro-acoustic transducer, consisting of two truncated cones 1, forming a circular horn. Oppositely directed electro-acoustic transducers 2 are installed on the tops of the cones, separated, with a gap, a common acoustic reflective waveguide 3. Electro-acoustic transducers consist of a flat annular body, on which a membrane 4 is fixed, having a flat and central convex part, at the base of which a bimorph piezoblock 5 is fixed with two piezoceramic discs 6 connected to electrical conductors 7 for in-phase excitation of bimorph piezoblocks.

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУПОРНОГО ФАЗИРОВАННОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.OPERATING PRINCIPLE OF HORN PHASED ACOUSTIC TRANSDUCER.

При подаче резонансных электрических колебаний по электропроводникам 7 к пьезокерамическим дискам 6, в биморфных пьезоблоках 5 возбуждаются механические колебания, поступающие на мембраны 4, возбуждающие акустические колебания, которые с помощью акустического отражающего волновода 3 согласуются с воздушной средой и направляются в круговой рупор 1, где синфазно складываются, увеличивая акустическое давление на его выходе, формируя круговую тороидальную диаграмму направленности.When applying resonant electrical vibrations through the electrical conductors 7 to the piezoceramic disks 6, mechanical vibrations are excited in the bimorph piezoblocks 5, which arrive at the membranes 4, which excite acoustic vibrations, which, using the acoustic reflective waveguide 3, are consistent with the air environment and are directed to the circular horn 1, where in phase add up, increasing the acoustic pressure at its output, forming a circular toroidal radiation pattern.

Claims (1)

Акустический пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, в котором по окружности закреплена мембрана, имеющая плоскую и внутреннюю выпуклую часть, в основании которой закреплен биморфный пьезоблок с двумя пьезоэлектрическими дисками, соединенными с электрическими проводниками, над выпуклой и плоской частью мембраны закреплено средство, отражающее акустические колебания, отличающийся тем, что в рупорном фазированном электроакустическом преобразователе установлено два акустических пьезокерамических преобразователя, мембраны которых, имеющие плоскую и выпуклую часть, по окружности закреплены внутри плоских кольцевых держателей, обеспечивающих встречно-направленное их закрепление на плоских сторонах усеченных конусов, образующих круговой рупор, между которыми с зазором размещен акустический отражающий волновод, радиус которого больше длины волны излучаемых акустических колебаний, электрические проводники от пьезокерамических дисков биморфных пьезоблоков соединены с источником электрических колебаний таким образом, чтобы акустические колебания от акустических пьезокерамических преобразователей складывались на выходе рупорного фазированного электроакустического преобразователя, увеличивая акустическое давление, формируя круговую тороидальную диаграмму направленности.Acoustic piezoceramic transducer, containing a housing in which a membrane is fixed around the circumference, having a flat and internal convex part, at the base of which a bimorph piezoblock with two piezoelectric disks connected to electrical conductors is fixed, a means reflecting acoustic vibrations is fixed above the convex and flat part of the membrane, characterized in that two acoustic piezoceramic transducers are installed in the horn phased electro-acoustic transducer, the membranes of which, having a flat and convex part, are fixed around the circumference inside flat annular holders, providing their counter-directional fastening on the flat sides of the truncated cones forming a circular horn, between which an acoustic reflective waveguide is placed with a gap, the radius of which is greater than the wavelength of the emitted acoustic vibrations, the electrical conductors from the piezoceramic disks of the bimorph piezoblocks are connected to the source of electrical vibrations in such a way that the acoustic vibrations from the acoustic piezoceramic transducers add up at the output of the horn phased electroacoustic transducer, increasing the acoustic pressure, forming a circular toroidal radiation pattern.
RU2022103303A 2022-02-09 Horn phased electro-acoustic transducer RU2795944C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795944C1 true RU2795944C1 (en) 2023-05-15

Family

ID=

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1510260A (en) * 1966-01-03 1968-01-19 Advanced speakers
US5253301A (en) * 1989-03-31 1993-10-12 Kabushiki Kaisha Kenwood Nondirectional acoustic generator and speaker system
US5802196A (en) * 1995-12-14 1998-09-01 Murata Manufacturing Co., Ltd. Speaker for radiating sound waves in all directions relative to a speaker supporting surface
WO2009120467A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 Bose Corporation Acoustic passive radiating
US8422713B2 (en) * 2006-01-03 2013-04-16 J. Craig Oxford Spherically housed loudspeaker system
WO2017057876A1 (en) * 2015-09-28 2017-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. An loudspeaker comprising a horn and a method for creating uniform sound using loudspeaker
US9774935B2 (en) * 2015-09-01 2017-09-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Speaker device
RU2664667C2 (en) * 2017-02-21 2018-08-21 Владимир Борисович Комиссаренко Electro-acoustic transducer with damping of radiating membrane
CN109348381A (en) * 2018-11-22 2019-02-15 深圳市美妙之音科技有限公司 A kind of 360 degree of modulated air steam loudspeakers of horizontal proliferation formula
RU2716287C1 (en) * 2019-03-12 2020-03-11 Владимир Борисович Комиссаренко Electroacoustic transducer

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1510260A (en) * 1966-01-03 1968-01-19 Advanced speakers
US5253301A (en) * 1989-03-31 1993-10-12 Kabushiki Kaisha Kenwood Nondirectional acoustic generator and speaker system
US5802196A (en) * 1995-12-14 1998-09-01 Murata Manufacturing Co., Ltd. Speaker for radiating sound waves in all directions relative to a speaker supporting surface
US8422713B2 (en) * 2006-01-03 2013-04-16 J. Craig Oxford Spherically housed loudspeaker system
WO2009120467A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 Bose Corporation Acoustic passive radiating
US9774935B2 (en) * 2015-09-01 2017-09-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Speaker device
WO2017057876A1 (en) * 2015-09-28 2017-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. An loudspeaker comprising a horn and a method for creating uniform sound using loudspeaker
RU2664667C2 (en) * 2017-02-21 2018-08-21 Владимир Борисович Комиссаренко Electro-acoustic transducer with damping of radiating membrane
CN109348381A (en) * 2018-11-22 2019-02-15 深圳市美妙之音科技有限公司 A kind of 360 degree of modulated air steam loudspeakers of horizontal proliferation formula
RU2716287C1 (en) * 2019-03-12 2020-03-11 Владимир Борисович Комиссаренко Electroacoustic transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5196755A (en) Piezoelectric panel speaker
US3243768A (en) Integral directional electroacoustical transducer for simultaneous transmission and reception of sound
US3849679A (en) Electroacoustic transducer with controlled beam pattern
CN103841499A (en) Prestressed stacked piezoelectric round tube transducer
JP2010521650A (en) Transducer array placement and operation for soda applications
US4328569A (en) Array shading for a broadband constant directivity transducer
CN108769869A (en) A kind of deep water bending disk energy converter
US20080212807A1 (en) Micromachined Acoustic Transducers
RU2795944C1 (en) Horn phased electro-acoustic transducer
US8780674B2 (en) Acoustic wave transducer and sonar antenna with improved directivity
US3302163A (en) Broad band acoustic transducer
KR100517059B1 (en) Transducer for underwater high-power use
JPS61264995A (en) Parametric speaker
JP5600678B2 (en) Swath beam acoustic transducer
RU2647509C1 (en) Electroacoustical transducer
US4450542A (en) Multiple beam lens transducer for sonar systems
US3421137A (en) Echo repeater and/or target simulator
Jones et al. A broadband omnidirectional barrel-stave flextensional transducer
KR101137792B1 (en) Segment Type Underwater Transducer for Vessel SONAR Decoy
KR101823778B1 (en) Piezoelectric single crystal ring type piezoelectric body and ring type transducer using the same
US3391385A (en) Electromechanical transducer
RU2716287C1 (en) Electroacoustic transducer
JP2794417B2 (en) Acoustic transducer
RU2228578C1 (en) Electroacoustic transducer
Vinogradov et al. Nonlinear generation of airborne sound by waves of ultrasonic frequencies