SK25598A3 - Inertial vibration transducers - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka meniča, najmä vibračného meniča reproduktorov obsahujúcich panelové akustické vyžarujúce prvky.

Doterajší stav techniky

Z patentového dokumentu GB-A-2262861 je známy panelový reproduktor, ktorý zahŕňa rezonančný viacvidový žiarič tvorený rovnomernou zloženou doskou zahrňujúcou jadro s priečnou komôrkovou štruktúrou, ktoré obklopujú dva plášte, pričom táto doska má pomer ohybovej pevnosti (b), vo všetkých smeroch, ku kubickému výkonu hmotnosti panelu na jednotku plochy (μ) rovnajúci sa aspoň 10, pripevňovací prostriedok, ktorý nesie uvedenú dosku alebo pripevňuje túto dosku na nosné teleso, a to voľným netlmeným spôsobom, a elektromechanický budiaci prostriedok, ktorý je určený na budenie viacvidovej rezonancie vo vyžarujúcej doske na odozvu na elektrický vstup vo vnútri pracovného frekvenčného rozmedzia reproduktorov.

V patentovom dokumente FR-A-2,596,931 je opísaný piezoelektrický vibrátor a reproduktor obsahujúci piezoelektrickú dosku zaťaženú hmotou umiestnenou v blízkosti jej ťažiska a spriahnutú s membránou reproduktora tak, aby vibroval cez okraj piezoelektrickej dosky.

Podstata vynálezu

Jednotlivé vyhotovenia vynálezu používajú prvky, ktoré majú vlastnosti, napr. štruktúru a konfiguráciu, všeobecne a/alebo špecificky opísané v prihláške WO 97/09842 súvisiacej s touto prihláškou. Tieto prvky teda majú schopnosť netlmiť a šíriť vstupnú vibračnú energiu ohybovým vlnením vo funkčnej ploche alebo funkčných plochách, ktoré prebiehajú priečne na hrúbku prvku, často, avšak nie nutne na okraje prvku alebo prvkov. Majú konfiguráciu s anizotropiou ohybovej pevnosti alebo bez nej tak, aby rezonančné vidy ohybovej vlnovej vibrácie distribuované po celej ploche prvku, priaznivo vplývali na akustické spojenie s okolitým vzduchom, a majú na ploche vopred stanovené výhodné polohy alebo miesta pre meničový prostriedok, najmä pre jeho funkčné aktívne alebo pohyblivé časti účinné v závislosti na akustickej vibračnej aktivite v ploche a na signáloch, obvykle elektrických, ktoré zodpovedajú akustickej miere takejto vibračnej aktivity. V súvisiacej medzinárodnej patentovej prihláške WO 97/09842, ktorá má rovnakú prioritu, sú navrhnuté prvky pre pasívne akustické zariadenie bez meničových prostriedkov, ktorými sú napr. zariadenia na vyvolávanie dozvuku alebo na akustickú filtráciu, alebo akustické ozvučenie priestoru alebo miestnosti, ako aj na aktívne akustické zariadenia s meničovými prostriedkami, medzi ktoré patria zvukové zdroje alebo reproduktory s pozoruhodne širokým kmitočtovým rozmedzím, kde sa vstupné signály privádzajú na zvuk, alebo mikrofóny, ktoré sú vystavené zvuku, ktorý prevádzajú na iné signály.

Vynález sa týka najmä aktívnych akustických zariadení vo forme .reproduktorov. Prvky v týchto zariadeniach· sa nazývajú akustickými žiaričmi s distribuovanými vidmi a majú charakteristiky opísané v patentovej prihláške WO 97/09842 alebo iné charakteristiky opísané v tejto patentovej prihláške.

Predmetom vynálezu je zotrvačný vibračný menič na budenie prvku, ktorý má schopnosť netlmiť a šíriť vstupnú vibračnú energiu ohybovým vlnením v aspoň jednej funkčnej ploche prebiehajúcej priečne na jeho hrúbku tak, aby mal rezonančné vidy ohybovej vibrácie distribuované cez aspoň jednu plochu a vopred stanovené výhodné polohy vo vnútri plochy pre meničový prostriedok, a menič pripevnený na tomto prvku v jednej polohe na vibráciu tohoto prvku na dosiahnutie rezonancie tohoto prvku tvoriaceho akustický žiarič, ktorý poskytuje akustický výstup v priebehu jeho rezonancie. Menič má doskový akustický výstup v priebehu jeho rezonancie. Menič má doskový piezoelektrický ohybový člen a prostriedok na pripevnenie ohybového člena k prvku, ktorý má vibrovať (ďalej len pripevňovací prostriedok), umiestnený pri strede doskového ohybového člena. Doskový člen je voči prvku, ktorý má vibrovať usporiadaný tak, že podstatná časť ohybového člena je odsadená od prvku za účelom pohybu ohybového člena vzhľadom k prvku, pričom menič ďalej zahŕňa hmotu pripevnenú k okraju ohybového člena. Pripevňovací prostriedok môže byť tvorený ľahkým pevným prvkom. Piezoelektrický ohybový člen môže mať kryštálovú formu. Podľa ďalšieho hľadiska je predmetom vynálezu reproduktor zahrňujúci prvok, ktorý má schopnosť netlmiť a šíriť vibračnú energiu ohybovým vlnením v aspoň jednej funkčnej ploche prebiehajúcej priečne na jeho hrúbku tak, aby mal rezonančné vidy ohybovej vibrácie distribuované cez aspoň jednu plochu a vopred stanovené polohy pre meničový prostriedok, a menič pripevnený na prvku v jednej z polôh na vibráciu prvku na dosiahnutie rezonancie tohoto prvku tvoriaceho akustický žiarič, ktorý poskytuje akustický výstup v priebehu jeho rezonancie.

Stručný opis obrázkov

Predmet vynálezu bude viac zrejmý z nasledujúceho opisu príkladných uskutočnení vynálezu, s odkazmi na priložené výkresy, na ktorých obr. 1 zobrazuje reproduktor s distribuovanými vidmi, ktorý bol opísaný a nárokovaný v publikovanej prihláške WO 97/ 09842, ktorá súvisí s touto prihláškou, obr. 2a .zobrazuje čiastočný rez vedený pozdĺž línie A-A znázornenej na obr. 1, obr. 2b zobrazuje zväčšený prierez žiaričom s distribuovanými vidmi rovnakého druhu, aký je znázornený na obr. 2a, pričom tento obrázok zároveň znázorňuje dve alternatívne štruktúry tohoto žiariča, obr. 3 zobrazuje prierez prvým vyhotovením meniča, obr. 4 zobrazuje prierez druhým vyhotovením meniča, obr. 5a zobrazuje prierez tretím vyhotovením meniča.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je zobrazený panelový reproduktor 81 rovnakého typu, aký bol opísaný a nárokovaný v súvisiacej prihláške vynálezu WO 97/09842 s rovnakou prioritou, pričom tento reproduktor zahŕňa obdĺžnikový rám 1 nesúci okolo vnútorného okraja pružný záves 3, ktorý nesie zvukový vyžarujúci panel 2 s distribuovanými vidmi. Menič 9, napr. menič podrobne opísaný v súvisiacich patentových prihláškach WO/09859, WO97/09861, W097/09858 s rovnakou prioritou, je pripevnený celkom a výhradne na panel 2 alebo v paneli 2 vo vopred stanovenej polohe definovanej súradnicami x a y, pričom tieto súradnice sú vypočítané tak, ako je to opísané v súvisiacej prihláške vynálezu W097/09842 s rovnakou prioritou, na vybudenie vlnenia v paneli na spôsobenie rezonancie panelu tvoriaceho žiarič poskytujúci akustický výkon v priebehu jeho rezonancie.

Uvedený menič 9 je budený signálovým zosilňovačom 10 , napr. nízkofrekvenčným zosilňovačom, spojeným s týmto meničom pomocou vodičov 28,. Zaťaženie zosilňovača a výkonové požiadavky môžu byť celkom normálne, tzn. ako pri konvenčných kužeľovitých reproduktoroch, pričom citlivosť je rádovo 86 až 88 dB/W pri izbových podmienkach záťaže. Impedančná záťaž zosilňovača má silný odporový charakter pri 6 Ω a zaťažiteľnosti 20 až 80 W. V prípade, že jadro panelu a/alebo jeho plášte sú vyrobené z kovového materiálu, potom slúžia ako odvod tepla meniča na odvedenie tepla z motorovej cievky meniča, a teda zlepšujú výkonovú zaťažiteľnosť.

Na obr. 2a a 2b sú znázornené typické prierezy reproduktora 81 na obr. 1. Z obr. 2a je zrejmé, že rám 1, pružný záves 3. a panel 2 sú vzájomne spojené v spojeniach 20 pomocou adhéznych prostriedkov. Uvedený rám môže tvoriť ľahký rám, napr. obrazový vytlačovaný rám z kovového materiálu, napr. hliníkovej zliatiny, alebo plastickej hmoty. Vhodnými materiálmi na pružný záves môžu byť pružné materiály, napr. penová guma a penová plastická hmota. Vhodnými adhezívami na spoje 20 môžu byť epoxidové, akrylátové a kyanoakrylátové živice, prípadne iné adhezíva.

Z obrázku 2b je zreteľné, že panel 2 je tvorený pevným ľahkým panelom, ktorý má jadro 22 zhotovené napr. z pevnej plastickej peny 97; akou môže byť napr. polyvinylchlorid s priečnou väzbou, alebo ho tvorí jadro 98 s komôrkovou štruktúrou, akým môže byť napr. jadro s voštinovou štruktúrou zhotovené z kovovej fólie, plastickej hmoty alebo iného podobného materiálu, pričom komôrky štruktúry prebiehajú priečne na plochu panelu a sú uzatvorené protiľahlými plášťami 21 zhotovenými z materiálu, akým je napr. papier, plastická hmota alebo kovová fólia. V prípade, že plášte sú vyrobené z plastickej hmoty, potom tieto plášte môžu byť s cieľom zvýšenia ich modulov známym spôsobom vystužené, napr. uhlíkovými, sklenenými, Kevlarovými vláknami, a podobne.

Predpokladané plášťové vrstvové materiály a vystuženia teda obsahujú uhlíkové, sklenené, Kevlarové (RTM), Nomexové (RTM), tzn. aramidové vlákna v rôznych vrstvách a väzbách, tiež aj papier, vrstvený papier, melamín a rôzne syntetické plastické fólie s vysokými modulmi, akou je napr. Mylar (RTM), Kaptan (RTM), polykarbonátová, fenolová, polyesterová plastická hmota alebo príbuzné plastické hmoty, vláknami zosilnené plastické hmoty a kovové fólie. Na základe výskumu kvality Vectra tekutých termoplastov sa zistilo, použiť na tvarovanie veľmi kryštálov na báze polymérnych že polymérne termoplasty sa môžu tenkých plášťov s malou veľkosťou, tzn. s priemerom okolo 30 cm vstrekovaním. Tento materiál sám tvorí orientovanú kryštalickú štruktúru v smere vstrekovania, čo je výhodný smer na dobré šírenie vysokých zvukových kmitočtov z budiaceho bodu smerom na okraje panelu.

Dodatočné tvarovanie uvedených alebo iných termoplastov umožňuje, aby tvarovacie nástroje mali lokalizačné a registračné znaky, akými sú drážky alebo prstence na presné umiestnenie častí meniča, napr. excitačnej cievky a/alebo závesu magnetu. Okrem toho v prípade slabšieho materiálu jadra je výhodné lokálne zvýšiť hrúbku plášťa, napr. v ploche alebo prstenci s priemerom až 150 % priemeru snímača, na zosilnenie plochy a výhodného spriahnutia vibračnej energie v paneli. Týmto spôsobom sa môže pri niektorých mäkších penových materiáloch zlepšiť vysokofrekvenčná odozva.

Predpokladaná vrstva jadra má voštinovú štruktúru alebo zvlnenú štruktúru vytvorenú z fólie hliníkovej zliatiny, Kevlaru (RTM), Nomexu (RTM), nenatierateľného papiera alebo lepenky a fólií z rôznych syntetických plastov, tiež aj ľahčenej alebo penovej plastickej hmoty alebo vlákninových materiálov, dokonca aj aerogélových kovov v prípade, že majú vhodne nízku hustotu. Niektoré vhodné materiály na vrstvu jadra majú pri výrobe schopnosť samočinného oplášťovania a/alebo majú dostatočnú pevnosť na ich vloženie medzi vrstvy plášťa bez toho, aby sa použila laminácia. Materiál na jadro s vysoko účinnou komôrkovou štruktúrou je známy pod obchodným označením Rohacell, pričom tento materiál je vhodný na vyžarujúci panel bez toho, aby bol vybavený plášťom. Z praktického hľadiska je cieľom dosiahnutia celkovej ľahkosti a pevnosti vhodnej na konkrétne účely, pričom tento cieľ zahrňuje najmä optimalizáciu príspevkov z jadra, plášťových vrstiev a prechodov medzi nimi.

V niekoľkých výhodných vyhotoveniach panelu sa použili plášte z kovu a kovových zliatin alebo prípadne tieto materiály vystužené uhlíkovými vláknami. Tieto vyhotovenia panelu a tiež vyhotovenia panelu, v ktorých je použitá zliatina Aerogel, alebo v ktorých má jadro voštinovú štruktúru z kovového materiálu, majú schopnosť tienenia vysokých frekvencií, ktoré je dôležité na zlučiteľnosť zariadenia vyžarujúceho elektromagnetickú energiu. Konvenčné panely alebo reproduktory kužeľovitého typu nemajú schopnosť tienenia.

Okrem toho výhodné formy piezoelektrických meničov a elektrodynamických meničov majú zanedbateľné elektromagnetické žiarenie alebo rozptylové magnetické pole. Konvenčné reproduktory majú veľké magnetické pole, a to do vzdialenosti až 1 m, pokiaľ nie sú uskutočnené špecifické kompenzačné protiopatrenia.

V prípade, že je dôležité v danej aplikácii zaistiť alebo zachovať tienenie, potom sa elektrické spojenia môžu vyhotoviť tak, aby sa vodivé časti vhodného panelu DML, elektricky vodivá pena alebo podobné rozhrania mohli použiť na pripevnenie v oblasti okrajov.

Záves 2 môže tlmiť okraje panelu 2 s cieľom zabrániť nadmerný pohyb okrajov tohoto panelu. Okrem toho sa môžu použiť dodatočné tlmiace prostriedky, napr. prostriedky vo forme záplat spojených s panelom vo zvolených polohách na tlmenie nadmerného pohybu panelu na dosiahnutie rovnomernej distribúcie rezonancie cez plochu panelu. Tieto záplaty sa môžu vyhotoviť z materiálu na báze bitumenu, ktorý sa obvykle používa v krytoch konvenčných reproduktorov, alebo z pružného alebo pevného polymérneho listového materiálu. Niektoré materiály, najmä papier a lepenka a niektoré druhy materiálov na jadro môžu byť samotlmiače. V prípade, že je to žiadúce, môže byť v konštrukcii panelov zosilnené tlmenie použitím adhezív, ktoré sú po vytvrdení pružné a nie len pevné.

Uvedené účinné selektívne tlmenie zahŕňa špecifické aplikácie na paneli zahrňujúce listový materiál prostriedku permanentne pridruženého k panelu. Okraje a rohy môžu byť dôležité najmä pre dominantné a v súvislosti s menej rozptýlenými nízkofrekvenčnými vidmi ohybovej vibrácie panelu opísaného v tejto prihláške. Okrajové upevnenie tlmiaceho prostriedku môže výhodne viesť k panelu s celkom orámovaným listovým materiálom, hoci aspoň jeho rohy môžu byť často relatívne voľné na potrebné predĺženie panelu pri nízkofrekvenčnej prevádzke panelu. Upevnenie sa môže uskutočniť pomocou adhéznych alebo samolepiacich materiálov. Ostatné formy užitočného tlmenia, najmä čo sa týka viacerých nepatrných účinkov a/alebo stredných a vyšších frekvencií, sa môže uskutočniť pomocou vhodnej hmoty alebo hmôt pripevnených na listový materiál vo vopred stanovených účinných stredových polohách na ploche.

Vyššie uvedený panel je skutočne dvojrozmerný. Zvuková energia zo zadnej časti panelu nie je silne fázovo vztiahnutá k zvukovej energii z čelnej časti panelu. To prináša výhodu spočívajúcu v celkovom súčte priestore, frekvencie, zvukovej energii obmedzenom účinku akustických výkonov v danom s rovnomernou distribúciou odrážajúcom stojaté vlny a dobrej reprodukcii prirodzeného priestoru.

Zatiaľ čo zvuk alebo žiarenie z akustického panelu sú značne nesmerové, zvyšuje sa percentuálny podiel fázovo vztiahnutej informácie mimo os reproduktora. Na zlepšené zaostrenie umelého stereo počúvania dáva umiestnenie reproduktora vo výške, v ktorej sa obvykle vešajú obrazy, to je v obvyklej výške stojacej osoby, normálne sediacemu poslucháčovi možnosť optimálneho stereo počúvania aj v prípade, kedy sa nachádza v polohe, ktorá je mierne odchýlená od osi reproduktora. Táto trojuholníková geometria ľavá/pravá vzhľadom k poslucháčovi poskytuje ďalšiu uhlovú zložku. Takto sa dosiahne dobrý stereo efekt.

To je ďalšia výhoda pre skupinu poslucháčov v porovnaní s reprodukciou pomocou konvenčných reproduktorov. Vzhľadom na skutočne rozptýlený charakter zvukového žiarenia akustického panelu poskytuje tento akustický panel zvukovú hlasitosť, na ktorú nijako.neplatí pravidlo o úbytku so štvorcom vzdialenosti na ekvivalentný bodový zdroj. V dôsledku toho pre poslucháča sediaceho mimo osi reproduktorov, alebo na mieste nie príliš vhodnom na počúvanie, intenzita poľa panelového reproduktora podporuje kvalitnejší stereo účinok v porovnaní s konvenčnými reproduktormi. Je to spôsobené tým, že poslucháč nachádzajúci sa mimo stredu účinku všetkých reproduktorov netrpí dvoma nedostatkami, ktoré sa obvykle uplatňujú v blízkosti reproduktorov. Prvý z týchto nedostatkov spočíva v nadmerne zvýšenej vnímanej hlasitosti blízkeho reproduktora, ä v dôsledku toho, čo je druhý z nedostatkov, v zníženom vnímaní hlasitosti ostatných reproduktorov.

Ďalšou výhodou plochého ľahkého panelového reproduktora je jeho vizuálna atraktívnosť, dobrá zvuková kvalita a požiadavka len na jeden menič, pričom tento reproduktor nevyžaduje výhybku na celé zvukové rozmedzie na každý panelový diagram.

Obr. 3 zobrazuje jedno vyhotovenie piezoelektrického meniča 9, v ktorom - je kryštálový kotúčový piezolelektrický ohybový člen 27 pripevnený pri svojom strede na jednom konci ľahkého pevného valca 93 vyhotoveného z pevnej penovej plastickej hmoty a pripevneného v otvore 20 vo vyžarujúcom paneli 2 s distribuovanými vidmi, napr. pomocou adhezív. Jeden koniec valca 28 vystupuje z čelnej plochy panelu 2 tak, že okraj 31 ohybového člena 27 je voľne zavesený v mieste priľahlom na čelnú plochu panelu 2. Na pridávanie hmoty na voľný okraj piezoelektrického ohybového člena 27 je na okraji piezoelektrického člena 27 pripevnený prstenec 25 z plastickej hmoty, napr. minerál plnený polyvinylchloridom. V prípade, že je menič budený akustickým signálom, potom piezoe’lektrický ohybový člen 27 vibruje a v dôsledku toho jeho hmota budí ohybové vlnenie v paneli 2, čo spôsobuje rezonanciu tohoto panelu a produkciu akustického výstupu. Menič 9 sa môže prekryť kopulovitým krytom 26, ktorý je pripevnený na panel 2 na ochranu tohoto meniča.

Piezoelektrický menič 9. na obr. 4 zahŕňa kotúčovitý piezoelektrický ohybový člen 27 pripevnený svojim okrajom 31 na povrchu panelu 2, napr. pomocou adhezív, pričom stredová časť tohoto ohybového člena 27 je voľne zavesená cez dutinu 29 vytvorenú v paneli 2 tak, že len okraj 31 ohybového člena 27 je v styku s panelom. Ku stredu ohybového člena 27 je pripevnená hmota 25, napr. z plastického materiálu, pričom medzi túto hmotu a tento ohybový člen je vložená tlmiaca vložka 30. z pružného materiálu, akým je napr. elastický polymér.

Akustický signál privedený do piezoelektrického meniča 9 spôsobí vibráciu ohybového člena 27 a ten zasa ohybové vlnenie v paneli 2. Budiaci účinok tohoto meniča je zvýšený zaťažením budiča 27 hmotou 25 s cieľom zvýšenia jeho zotrvačnosti.

Vyhotovenie meniča 9 na obr. 5 je rovnaké ako vyhotovenie na obr. 4 s tým rozdielom, že v tomto vyhotovení menič zahŕňa dvojicu piezoelektrických ohybových členov 27, ktoré sú pripevnené na opačných stranách dutiny 29 prebiehajúcej cez panel 2 s cieľom prevádzkovať menič v dvojčinnom režime. V tomto vyhotovení sú stredy obidvoch ohybových členov 27 vzájomne spojené spoločnou hmotou 25 vybavenou pružnými tlmiacimi vložkami 30 umiestnenými medzi každým ohybovým členom 27 a hmotou 25.

Priemyselná využiteľnosť

Menič podľa vynálezu má jednoduchú konštrukciu a je účinný pri rôznych použitiach.

Claims (4)

1. Zotrvačný vibračný menič na budenie prvku, ktorý má schopnosť netlmiť a šíriť vstupnú vibračnú energiu ohybovým vlnením v aspoň jednej funkčnej ploche prebiehajúcej priečne na jeho hrúbku tak, aby mal rezonančné vidy ohybovej vibrácie distribuované cez aspoň jednu plochu a vopred stanovené polohy vo vnútri plochy pre meničový prostriedok, a menič pripevnený na prvku na dosiahnutie rezonancie tohoto prvku tvoriaceho akustický žiarič, ktorý poskytuje akustický výstup v priebehu jeho rezonancie, vyznačujúci sa tým, že má doskový piezoelektrický ohybový člen (27) a prostriedok (93) na pripevnenie ohybového člena na prvok (2), ktorý má vibrovať, umiestnený v strede doskového ohybového člena (27), pričom usporiadanie doskového ohybového člena (27) a prostriedku (93) je také, že podstatná časť ohybového člena (27) je odsadená od prvku (2) pre pohyb ohybového člena (27) voči prvku (2), pričom menič (9) ďalej zahŕňa hmotu (25) pripevnenú na okraj ohybového člena (27).

2. Zotrvačný vibračný menič podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že prostriedok (93) pre pripevnenie ohybového člena (27) na prvku (2) je tvorený ľahkým pevným prvkom.

3. Zotrvačný vibračný menič podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že piezoelektrický ohybový člen (27) má formu kryštálu.

4. Reproduktor, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa prvok (2), ktorý má schopnosť netlmiť a šíriť vstupnú vibračnú energiu ohybovým vlnením v aspoň jednej funkčnej ploche prebiehajúcej priečne na jeho hrúbku tak, aby mal rezonančné vidy ohybovej vibrácie distribuované cez aspoň jednu plochu a vopred stanovené výhodné polohy vo vnútri plochy pre meničový prostriedok, a menič (9) podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov umiestnený na prvku (2), v jednej z polôh na vibráciu prvku na dosiahnutie rezonancie tohoto prvku tvoriaceho akustický žiarič, ktorý poskytuje akustický výstup v priebehu jeho rezonancie.