CZ20003591A3

CZ20003591A3 - Akustické zařízení

Info

Publication number: CZ20003591A3
Application number: CZ20003591A
Authority: CZ
Inventors: Henry Azima
Original assignee: New Transducers Limited
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2001-01-17
Also published as: CN1296720A; AU746216B2; SK14552000A3; GB0020986D0; CO4830489A1; HUP0102859A3; BG104810A; ID27055A; IL138312A0; GB2350008B; BR9909901A; NO20004921D0; GB9806994D0; JP2002511682A; EA200001016A1; GB2350008A; PL343115A1; NO20004921L; NZ506731A; HUP0102859A2

Description

Oblast techniky

Vynález se týká akustických zařízení, typu obsahujícího akustický vyzařovací člen spočívající na činnosti ohybových vln a výsledných povrchových vibracích k vytváření akustického výstupu.

Dosavadní stav techniky

Z patentového spisu US-A-3,247,925 na jméno WARNAKA je znám nízkofrekvenční reproduktor sestávající 2 mimořádně tuhého panelu, jehož obvodové okraje jsou přišroubovány nebo přitmeleny k tuhému rámu, který nese běžný hlasový cívkový měnič, který přenáší energii ohybových vln do středu panelu. Toto nízkofrekvenční reproduktorové zařízení prý pracuje úplně nad koincidenčním kmitočtem ohybových vln.

Také je znám ze spisu US-A-596,733 na jméno BERTAGNI reproduktor, mající membránu, vytvořenou deskovitým členem z lehčeného polystyrenu, majícím předpjatou přední stranu a zadní stranu nepravidelného tvaru nebo obsahující nepravidelný tvar.

Objevné vysvětlení týkající se akustických zařízení spočívajících na činnosti ohybových vln, bez problému obecně považované za typ rezonančního panelu, je dáno mezinárodní patentovou přihláškou WO97/09842, zahrnující zlepšení nebo optimalizování akustického výkonu podle parametrů panelu,

4 4 44444 44 4

444 4444

444 4 »44 44 44 44 zahrnující geometrii a tuhost v ohybu, zejména zahrnující provoz výhodný v koincidenčním kmitočtu nebo pod koincidenčním kmitočtem. Příslušné geometrické parametry zahrnují proporce nebo poměry stran panelů jako takových, včetně panelů pro použiti jako pasivní akustická zařízení. Parametry tuhosti (tuhostí) v ohybu mohou být výhodně v interakci s geometrickými parametry, včetně jejich anizotropie, například k různé tuhosti v ohybu nebo mohou být rozložitelné k hlavní konstantě podél os zahrnutých geometrických tvarů, pro uskutečnitelné odchylky poměrů takových tvarů. Přednostní polohy umístění měničů aktivních akustických zařízení dovnitř panelového členu mají výhodně úměrně vymezené souřadnice. Ostatní plošná rozložení tuhosti v ohybu mohou výhodně přispívat k poskytnutí dalších výhodných poloh umístění měničů, například v geometrických středech a/nebo v těžištích, vi2 mezinárodní patentovou přihlášku W098/00621, včetně spojení shora uvedené činnosti ohybových vln s další akusticky relevantní pístovou činností. Akustický provoz je popsán a nárokován alespoň v mezinárodní patentové přihlášce WO97/09842, jak pro celé panely, tak jenom pro jejich akusticky aktivní části.

Na základě intuice, naše současná specifická analýza a konstrukční metodologie, pro taková akustická zařízení spočívající na činnosti ohybových vln, byla hlavně soustředěna na celé panely, jejichž okraje jsou zcela nebo v podstatě bez vibrací, při akusticky relevantní požadované činnosti ohybových vln, včetně lehkého okrajového tlumení. Tento vynález vychází z překvapujících výsledků dalších kontraintuítivních úvah, výzkumů a experimentů.

• · · • · · « «·>

« · «»«>««·· • · · · «··« • ··· ·· ·· «·

Podstata vynálezu

Určité základní požadavky se stále používají a mají hluboký technologicko vynálezecký význam, zejména pro člen akustického zařízení, který prochází příčně jeho tloušťkou a je schopen uchovat ohybové vlny ve své logicky vyplývající akusticky aktivní oblasti, t.j. základní požadavek, pro něž je zde nazýván rezonančním akustickým členem nebo panelem, a pro takové parametry jako jsou geometrické parametry a pro ohybovou tuhost, které mají mít konstantní hodnoty s výsledným rozložením přirozené vibrace pomocí ohybových vln uvedeného Členu, který je účinný nebo výhodný pro dosažení požadovaného nebo přijatelného akustického provozu tohoto zařízení nad rozsahem příslušného kmitočtu, t.j. další požadavek na rezonanční akustický člen nebo panel této přihlášky. Specifická provedení tohoto vynálezu dodatečně vytvářejí prostředky poskytující podstatné omezení vibrací ohybových vln, typicky v okrajích, na obvodu nebo dalších okrajových částech takového členu nebo panelu nebo jejich akusticky aktivní oblasti, a které jsou dále typicky schopné provozu alespoň částečně pod koincidenčnlm kmitočtem. Výraz, „podstatné omezení, jak je zde použit, záměrně zahrnuje větší omezení alespoň části (částí) okraje (okrajů) tohoto členu, než je specificky uvedeno v patentové přihlášce WO97/09842, zejména jak rozsahu okraje, tak účinného zatížení, uchycení nebo účinku účinného uzemnění.

Existují dva pohledy, účinky nebo vynálezecké aspekty, které se zdají výhodné k posouzení týkajícího se takového podstatného okrajového a plošného, mezního a obvodového omezení.

Jedním pohledem je, Že omezení a redukce dostupných ohybových vln vibračního, okrajového a obvodového a mezního

- 4 • · · · « · · · ·· *· pohybu členu(v porovnáni se specifickým popisem v přihlášce W097/09842), může vytvářet výhodné složeni dosaženého akustického výstupu z energie vibračních ohybových vln zpět do akusticky aktivní oblasti. . Druhým pohledem je, že akusticky relevantní a účinné přirozené vidy působení rezonančních ohybových vln budou různé (v porovnání se specifickým popisem v přihlášce WO97/09842), z důvodu omezení a potlačení vibračního pohybu ohybových vln na okraji(okrajích) a obvodu a ohraničení tohoto Členu, a tak se účinně redukují a eliminují přínosy z nejnižších rezonančních vidů, které by byly aktivní, jestliže okraje a obvod a ohraničení akusticky účinné oblasti tohoto členu by byly tak bez rozložení ohybových vln, jak je specificky uvedeno v přihlášce W097/09842, a nastává redukce a podstatné potlačení rezonančních vidů včetně kroucení.

Jako důsledek jmenovitě méně početného nebo méně bohatého obsahu akusticky aktivních a relevantních vidů rezonančních ohybových vln může být dán příklad pro zjednodušenou analogii a analýzu, založené na ekvivalentních jednoduchých paprscích, přičemž se bere v úvahu interakce, pokud jde o zahrnutí vidů rezonanční desky, které vzhledem ke každému paprsku začínají při kmitočtu rezonančních vidů fl, spíše než fO, a dále „ztracené spojené vidy zahrnující kmitočty fO, ale se zajímavými a výhodnými účinky, dostupnými stejnoměrnosti vzdáleností přímo a spojeně přirozených rezonančních vidů, zahrnujících kmitočty fl.

Jsou zde četná rozvětvení, a mohou být výhodná, včetně dosažitelnosti zlepšené akustické účinnosti přeměny energie a/nebo často velmi výhodně zvýšeného rozsahu kandidátských podoblastí pro uskutečnitelné a optimální polohy měničů, alespoň, jak je určeno analýzou mechanické impedance, jak je vysvětleno v současně vyřizované mezinárodní patentové vzhledem ke uspořádaných • · • · ··* *

- 5 «>

• * * · • · · ··· · · · • · · · · · ··· · «· ·· přihlášce PCT/GB99/00404, a/nebo typicky v mnohem větším rozsahu uskutečnitelnosti plošných tvarů a proporcí uvedených členů, jak je uvedeno příkladem pro izotropní tuhost v ohybu, právě asi v poměru stran 1 : 1 až asi 1:3a větším, a/nebo uskutečnitelnosti akustického výkonu pro materiály panelového členu nižší vlastní tuhosti v ohybu alespoň jako účinného celkového vyztužení přispěním od jeho okrajového a obvodového a ohraničujícího omezení, a/nebo¹ schopnosti týkající reproduktorového členu s vysokým výkonovým výstupem pro provedení reproduktorů, což vše je zahrnuto, když takové omezení může poskytnout podstatné zatížení, ať už na základě vlastního uzemnění, nebo jak je dále praktické skutečným připevněním do tužšího a masivnějšího nosiče nebo jiným způsobem pro velké zatížení.

Významnou výhodou tohoto vynálezu je, že jsou vytvořena nová a výhodná akustická zařízení s rezonančním, panelem, včetně aktivních akustických zařízení, jako jsou reproduktory, s významným zjednodušením výroby, jako zařízení typu s robustním snadno montovatelným panelem, zejména na vyšší úrovni vzhledem k akustickým zařízením specificky znázorněným a popsaným v mezinárodní patentové přihlášce WO97/09842.

Podle jednoho aspektu tohoto vynálezu je vytvořeno panelové akustické zařízení, spočívající na činnosti ohybových vln, které je schopno provozu pod koincidenčnim kmitočtem, a obsahující člen poskytující uvedený akustický provoz z důvodu výhodného rozložení rezonančních vidů činnosti ohybových vln v tomto zařízení, přičemž tento člen má svou akusticky aktivní oblast alespoň částečně ohraničenou prostředky, majícími v podstatě omezující vlastností vzhledem k vibracím ohybových vln.

Podle druhého aspektu tohoto vynálezu je vytvořeno aktivní akustické zařízení, obsahující člen, spočívající na činnosti • · φφφφφ»· • · φ ΦΦΦΦΦΦ·Φ • φ φφφ φφφφ ·· φ φφφ φφ φφ φφ ohybových vln, s výhodným rozložením jejich rezonančních vidů a s výhodným umístěním měničů ohybových vln, přičemž tento Člen má svou akusticky aktivní oblast alespoň částečně ohraničenou prostředky, majícími v podstatě omezující vlastnosti vzhledem k vibracím ohybových vln, a umístění svých měničů vymezené vzhledem k uvedeným ohraničujícím prostředkům a beroucí v úvahu tyto ohraničující prostředky.

Celkový obvod akustického členu tohoto zařízení, nebo jenom jeho část, menší než celý obvod tohoto členu, může být v podstatě omezen nebo upnut, například obdélníkový panel může být omezen nebo upnut na jednom nebo několika, nebo až na všech svých bočních okrajích. Může to být užitečné jako praporové upevnění poskytující uvedené podstatné omezení na jedné straně s akusticky aktivní oblastí procházející skrze ni, nebo jako upevnění na dvou stranách, které mohou být rovnoběžné a mohou poskytnout uvedené podstatné omezení s akusticky aktivní oblastí mezi tímto upevněním a omezujícími stranami, a mohou usnadnit výrobu až k úplně utěsněnému nebo jenom k vysoce selektivně odvětranému reproduktoru s membránou, například u zařízení se středně vysokým kmitočtem. Plně nebo téměř plně utěsněná membrána umožňuje vyrobení takzvaného reproduktoru s nekonečnou ozvučnicí, pro zvládnutí a řízení zpětného akustického vyzařování, který by jinak mohlo být škodlivé při středních až nízkých kmitočtech.

Plné podstatně omezující nebo upínající rámy také umožňují konstrukci skupiny reproduktorů, která bude více předvídatelná v mechanickém smyslu, společně s usnadněním výroby skupiny reproduktorů, která má poměrně robustní konstrukci (ve srovnání s reproduktorem s rezonančním panelem, kde jsou okraje panelu v podstatě volné nebo jsou zavěšeny jenom lehce tlumícím způsobem).

4		•	4 4 4 4	4 4	• 4
		4	4 4 4	4 ·	• 4

		4	4 4 4	4 4	4 4
•	• 4	4	• 44 44	4·	44

Podstatného omezení nebo upnutí obvodové části (částí) nebo okraje (okrajů) akustického členu se může dosáhnout jakýmkoliv požadovaným způsobem, například bezprostředním upevněním okraje (okrajů) k silnému rámu nebo podobně, lepidlem nebo mechanickými prostředky, například zahrnujícími upnutí okraje (okrajů) mezi členy rámu. Omezení nebo upnutí požadovaného okraje se také může dosáhnout technikou odlévání (jako je vstřikovací lití plastových materiálů) vytvářením okrajů tohoto členu s integrálně nebo integrované zesílenými obvodovými částmi o dostatečné tuhosti, pro omezení pohybu okrajů akustického členu. Jako opatření může být vhodné současné odlévání akustického členu a zesíleného okraje. Takové techniky odlévání mohou být obzvláště vhodné tam, kde je akustický člen vytvořen jako jeden kus, a může být snadno dosažitelný hospodárným způsobem.

Podstatné omezení nebo upnutí se také může použít k vymezení jednoho akustického členu v rámci jiného většího akustického členu. Takový velký akustický panel určený k provozu při středním nebo nízkém kmitočtu může být odlitý tak, že zahrnuje menší akustický panel určený k provozu při vysokém kmitočtu a je vymezen prostředními výztužnými žebry.

Provoz podstatného omezení nebo upnutí může být určen k uvedení mechanické 2akončovací impedance, určené k řízení doby dozvuku v akustickém členu, jako pomoc k řízení kmitočtové odezvy tohoto členu, možná speciálně při nižších kmitočtech.

Proporce vhodných panelových členů mohou být jako nebo mohou být podstatně odlišné od specifického vysvětlení podle patentové přihlášky W097/09842, vzhledem ke změnám jednotlivých tvarů. Například v podstatě obdélníkové rezonanční panelové členy v podstatě izotropní tuhosti v ohybu by mohly mít poměry stran menší než 1 : 1,5, než je obecně uvedeno v uvedeném ·· · v ·· V V v — v « ·· » ♦ ♦ · • · ········ • · · · · · · · • ··· ·· *· ·· vysvětlení podle stavu techniky pro panelové členy v podstatě s volnými okraji, bez omezení na tyto členy, jak zde bude dále podrobně popsáno, nebo větší než 1 : 1,5, jak zde bude také dále podrobně popsáno. Předpokládají se změny v anizotropii a v komplexním rozložení tuhosti (tuhostí) v ohybu, jak bylo shora uvedeno.

Ohraničující prostředky mohou být uspořádány alespoň částečně nebo definitivně kolem uvedené akusticky aktivní oblasti a/nebo kolem obvodových okrajů panelového členu, aby byl plně akusticky aktivní, typicky v rozsahu až do 25 % nebo více plného rozsahu oblasti obvodového okraje, často celého rozsahu.

Rezonantní panelové členy jsou obvykle samonosné a nevyžadovaly by předpětí pro mechanickou stálost, zejména pro použití pro typy s volnými okraji nebo s jednoduchým zavěšením okrajů.

Pro upnuté panelové členy platí asi desetinásobné zvýšení prvního ohybového kmitočtu, způsobené přirozenou tuhostí upnutého panelového členu. Je logické a praktické, podstatně redukovat vlastnosti tuhosti v ohybu, pro redukování prvního módového kmitočtu, a předtím nižšího kmitočtového rozsahu. Předpokládá se, že tuhost panelového Členu v takovém případě může být tak nízká jako 0,001 Nm, a oblast hustoty tak malá jako 25 g/m².

Z jednoho hlediska popisují tyto mezní rozsahy hodnot panelový člen, který pro mechanickou stálost a funkci zavěšení budících členů může mít výhodu z působení tažných sil. Tyto síly mohou působit rovnoměrně nebo diferencovaně, t.j. v různých směrech a/nebo při různých napětích, vzhledem k účinné geometrii tohoto členu.

V těchto mezích vyvozuje napnutý panel vysoký poměr vlastností napnuté vrstvy nesoucí ohybové vlny, a s převážně «

- 9 • · 0 0 0 · • 0 0 0 · 0 0 · • 0 0 0 0 0

00 00 ·0 druhým řádem nebo nerozloženou činnosti vln (konstantní rychlost s kmitočtem). Pro takový „panelový člen může být rezonanční rozložení optimalizováno pro požadovaný akustický průběh řízením napětí a mezní geometrie, v široké shodě s vysvětlením rozložených vidů, viz přihláška WO97/09842. Rovněž může být dále rozšířeno výhodné rozložení vidů do činnosti měniče, prostřednictvím výhodného a optimalizovaného umístění' budiče a snímače.

V závislosti na stupni napětí a se nárůstem hustoty, a zejména tuhosti v ohybu, bude zde rozsah, kde činnost ohybových vln druhého řádu je překryta a rozšířena čtvrtým řádem rozptýlené ohybové činnosti, vlivem tuhosti. Optimalizace těchto dvou může být odvozena výpočtem a/nebo pokusem, pro vytvoření nejlepších výsledků v daném použití.

Předpokládanou oblastí konstrukce jsou menší akustické panely s velkou šířkou kmitočtového pásma.

Přehled obrázků na výkrese

Praktické provedení vynálezu je pomocí příkladu schematicky znázorněno na doprovodném výkrese, kde na obr. 1 a IA je v rozloženém perspektivním pohledu a ve výřezu znázorněn rezonanční, obecně pravoúhlý panelový akustický člen 10, upnutý na svých okrajích mezi protilehlými obvodovými rámovými členy 11A, B, 2a použití šroubů a matic 12A, B, které mohou být dále vhodné k připevnění k nosnému rámu nebo k další základní konstrukci, na obr. 2 je ve výřezu znázorněno alternativní upevnění a zakončení okraje rezonančního panelového akustického členu připevněním k rámu 21 lepidlem 22, na obr. 3 a 3A v částečném perspektivním pohledu a ve výřezu znázorněn • · • · · · ♦ · * * * · · · ·· · • · · · · · · ··· »· ·· ·· vstřikovaný odlitek 35 vytvořený jako stěnový člen, opatřený výztužnými žebry 36, která protínají pravoúhlý rám 31, jako omezující okraj akusticky aktivní panelové plochy 30, kde rám 31 je také vytvořen s vystupujícími žebry, která vy2tužují okraje provozní panelové plochy 30, na obr. 4 je v částečném perspektivním pohledu znázorněn rezonanční panelový akustický člen 40 napnutý přes rám 41 a upnutý ve svých okrajích obvodovým upínacím rámovým členem 42, na obr. 4A je v částečném řezu znázorněno provedení z obr. 4, na obr. 4B je v Částečném řezu, podobném jako na obr. 4A, znázorněno alternativní provedení rezonančního napnutého panelového akustického členu, na obr. 5A, B jsou zobrazeny grafy znázorňující kmitočtovou odezvu příslušných panelových členů o rozměru A4, resp. A5, a kde silné čáry představují panel s upnutými okraji a slabé čáry představují panel s volnými nebo pružně zavěšenými okraji, na obr. 6A, B a 7A, B a 8A, jsou grafická znázornění mechanické impedance v závislosti na kmitočtu, pro vybrané poměry stran panelových členů s upnutými okraji, na obr. 9A, B, C jsou grafická znázornění příslušné plynulé inverzní střední kvadratické odchylky umístění měničů, na obr. 10 je zobrazen diagram vypočítané mechanické impedance pro panelový člen s jedním upnutým okrajem, čtvrtinového panelu, na obr. 11 je grafické znázornění pro různé poměry stran panelu s upnutým okrajem, na obr. 12A až 12H jsou zobrazeny diagramy změřené mechanické impedance čtvrtinového panelu pro různé poměry stran, na obr. 13A až H jsou zobrazeny příslušné diagramy akustického výstupu, uzpůsobeného referenční hodnotě, iia obr. 14 je zobrazen diagram s maximální inverzní střední kvadratickou odchylkou výkonu pro různé poměry stran, na obr. 15A až J jsou zobrazeny kombinované polární diagramy akustického výstupu pro nižší rezonanční vidy, u poměru stran • 44 • * 4 · 4 · 4 · * 4 ·· 4 4 4 4 4 4 * 444 4444 * 44444 44 44

- 11 1 : 3 panelového členu s upnutým okrajem a na obr. 16A až D jsou zobrazeny srovnávací diagramy akustického výstupního «

výkonu pro specifické panelové konstrukce, které se liší v rozměrech a v tuhosti.

Příklady provedeni vynálezu

Akustický člen podle obr.l a 2 může být a je znázorněn obecně jako pravoúhlý člen a může mít poměr stran, jak je výhodně uvažováno v přihlášce WO97/09842, i když se mnohem větší rozsahy poměru stran projeví ve výhodném potenciálu, v rámci obecného cíle pro získání vysoké hustoty vidů a rovnoměrnosti rozšíření vidů v tomto členu.

Na obr. a 4A je znázorněno jedno provedení rezonančního akustického členu 40 napnutého přes pravoúhlý obvodový rám 41 a upnutého ve svých okrajích k pravoúhlému obvodovému rámu 41 upínacím rámem 42, pro udržování akustického členu 40 na svém místě. Tažná síla působí na tento člen 40 ve směru šipky F. Jako alternativní provedení, jak je znázorněno na obr. 4B, může být upínací rám 42 nahrazen napínacími prostředky £3, které například zahrnují napínací pružiny 44 na rámu 45, kde napínací prostředky 43 jsou připevněny k okraji akustického členu 40, k napnutí tohoto členu 40 přes pravoúhlý obvodový rám 41.

Na akustických členech v provedení podle obr. 4, 4A a 4B mohou být umístěny budiče vibrací, například typu, který je popsán v přihlášce W097/09842, pro buzení rezonance v akustických členech, pro vytvoření akustického výstupu tak, aby akustické členy mohly pracovat jako reproduktory nebo budící jednotky reproduktoru. Tyto budiče vibrací nejsou v zájmu jasnějšího znázornění zobrazeny na obr. 4, 4A a 4B,.

4 t

Silné omezeni nebo upnutí okrajů panelu umožňuje použití materiálu s poměrně nízkou tuhostí (ve srovnání s obvyklou praxí v podstatě pro volné okraje panelů), které mohou pomáhat při snížení základních kmitočtu ohybových vidů panelů, dokonce i pod hladinami obvyklými pro typicky tužší panely v podstatě s volnými okraji (a přes skutečnou ztrátu nej nižšího kmitočtu vidů ve volných okrajích u plně upnutého panelu). Například, kde rozsah tuhosti pro praktický příklad panelu s volnými okraji typu, popsaného v přihlášce WO97/09842, může být řádově 0,1 až 50 Nm, tuhost panelu s upnutými okraji téhož obecného typu může být nižší alespoň v řádu veličiny, dokonce může být tak nízká jako 0,001 Nm. Také, kde rozsah povrchové hustoty uvedeného praktického příkladu panelů s volnými okraji může být 100 až 1000 g/m², povrchová hustota panelů s upnutými okraji může tvořit pouze zlomek, dokonce může být tak nízký jako 25 g/m². Bude však příznivě vyhodnoceno, že materiály s výrazně vyšší tuhostí a/nebo hustotou budou moci být použity pro akustické panely, podle této přihlášky, s podstatným omezením nebo upnutím okrajů, alespoň tam, kde není požadavek na výkon při nižším kmitočtu. Taková použití zahrnují reproduktory vysokých tónů, sirény a ultrazvukové reproduktory.

Použití materiálu pro panely s poměrně nízkou tuhostí může mít za následek vyšší koincidenční kmitočet, například nad normální zvukové pásmo, který může zlepšit stejnoměrnost směrování zvuku z rezonančního panelu reproduktoru. Také panely s nižší tuhostí mohou poskytnout účinné zvýšení hustoty vidů v nižších registrech, a tím i zlepšení jakosti zvuku.

Užitečné varianty k plně obvodovému omezení nebo upnutí okraje nebo okrajové oblasti, jak je znázorněno, zahrnují jakýkoliv nižší rozsah podstatného omezení nebo upnutí, které by pro panelový člen nebo aktivní oblast v podstatě pravoúhlého ·· · • * » · *«·· • · ·· ··· »· » • ······· * ··· *· ·· ··

- 13 panelu, mohla tvořit jedna strana, s vynecháním toho, co je znázorněno pro tři strany, nebo dvě typicky rovnoběžné strany, s vynecháním toho, co je znázorněno pro další dvě strany.

Akustické vyzařovací členy v této přihlášce mohou být vybuzovány jakýmkoliv způsobem navrženým v přihlášce WO97/09842, například pomocí alespoň jednoho vlastního elektromechanického budícího zařízení. Toto nebo každé budící zařízení může být uspořádáno k buzení vyzařovacího členu v jakékoliv vhodné geometrické poloze, v obiasti akustického členu, ať už podle principů jako v přihlášce WO97/09842, nebo podle analýzy mechanické impedance, jako v přihlášce PCT/GB99/00404, nebo jak je určeno experimentálně. Takové vibrační budiče byly v obr. 1 vynechány, v zájmu jasnějšího znázornění.

Je proveden odkaz na přihlášku WO97/09842, jako na použitelný typ budiče, a umístění takových budičů může být provedeno tak, jak je stanoveno podle týchž principů, jak je vysvětleno v přihláškách WO97/09842 a/nebo PCT/GB99/00404, obvykle s rozdílem, přijatelným pro skutečná umístění, ve srovnáni s přihláškou W097/09842.

Užitečné výzkumy rezonančních panelových členů s plně upnutými okraji, kde tyto členy tvoří nebo jsou součástí aktivních akustických zařízení, zejména reproduktoru, jsou nejdříve uvedeny na obr. 11 až 16 současně vyřizované přihlášky PCT/GB99/00404, podané 9.února 1999, a tyto obrázky se opakují v této přihlášce jako obr. 6 až 11. Tyto výzkumy jsou samozřejmě založeny na analýze, zahrnující parametry přenosu výkonu, zejména plynulosti příkonu, zejména co se týká mechanické impedance, a zejména působení na proveditelná až optimální umístění měničů a tvary panelových členů, zejména poměrů stran pro alespoň v podstatě pravoúhlé panelové členy a • · ···«··* • * · *·*··*·, • · ··>···· «· · ··· ·» ·· ·· umístěni měničů na proporcionálně souřadnicovém základě. Tedy grafická znázornění na obr. 6A, B a 7A,B a 8A, B pro mechanickou impedanci s kmitočtem pro panelové členy vybraných poměrů stran a izotropních, pokud jde o tuhost v ohybu, jsou doprovázena grafickým znázorněním na obr. 9A,B,C pro plynulou mechanickou impedanci, jak je naměřena pomocí inverzní střední standardní kvadratické odchylky pro umístění slibných poloh příslušných měničů. Přesně spočítané výhodné poměry stran 1,160, 1,341 a 1,643 se objeví společně se stejně přesně spočítanými souřadnicemi pro umístění měničů (0,437, 0,414), (0,385, 0,387) a (0,409, 0,439). Na obr. 10 je znázorněn diagram vypočítané mechanické impedance pro čtvrtinový panel pro poměr stran 1,16 a je znázorněn podstatný rozsah slibný pro umístění měniče, dokonce pro dvě takové oddělené plochy (čárkované). Na obr. 11 je znázorněno srovnání takových výhodných poměrů stran a umístění měniče u panelu s upnutým okrajem, včetně pro poměr stran 1,138.

Další výzkumy v této přihlášce jsou založeny na skutečných měřeních mechanického příkonu, zahrnujících v podstatě pravoúhlé rezonanční panelové členy, mající narůstající poměry stran, a v každém případě provádějících přizpůsobení kmitočtové odezvy k referenční hodnotě nebo rovné čáře pro desítku nad nej nižším účinným kmitočtem rezonančních vidů. Diagramy obrysu inverzní střední kvadratické odchylky takového přizpůsobení u čtvrtinového panelu jsou.znázorněny na obr. 12A až H, včetně pro stejné poměry stran nebo téměř stejné, jako shora uvedené (obr.12A,B,D) a odpovídající obr. 13A až H pro přizpůsobení kmitočtu podle rovné čáry, přičemž nej světlejší vybarvení nebo vystínování představuje nejlépe uskutečnitelné umístění měničů a přerušení do jednotlivých oblastí naznačené uskutečnitelnosti při vyšších poměrech stran.

* * ··*···* • · · «····*·· • · ·· ····

Rozšířeni těchto dalších výzkumů k tak velkým poměrům stran jako 1 : 4 je pozoruhodné, snad obzvláště jako jasné stanovení uskutečnitelnosti u čtverce nebo blízko čtverce. To je neočekávané, přinejmenším na základě naší dřívější objevné práce a vysvětlení, týkajících se rezonančních panelových členů, jejichž okraje jsou v podstatě volné pro vibrace pomocí ohybových vln. Tento také neočekávaný nárůst provozního výkonu, jak je zde stanoveno podle obr. 5A, B pro poměr stran 1,41 je dále vytvořen jako konzistentní pomocí dalších poměrů stran, které se nyní zkoumají. Další neočekávané výrazné snížení kritického stavu poměrů stran pro umožnění rovnoměrného rozšíření kmitočtu rezonančních vidů, jak je výhodné pro akustickou činnost, dalo příčinu pro další podrobné úvahy a analýzy. Následující závěr je uveden jako zjednodušená teorie paprsků v podstatě pro pravoúhlé rezonanční panelové členy, mající v podstatě izotropní tuhost v ohybu.

Obecně to znamená potvrzení předchozí práce a vysvětlení, totiž že v podstatě pro panelové členy s volnými okraji, nejnižší kmitočet rezonančních vidů, jak je vymezen rozměrem delší strany, je nej lepší ve spojení s rozměrem kratší strany, odpovídající nejbližšímu vyššímu kmitočtu rezonančních vidů, dávající příslušné odpovídající řady vyšších kmitočtů rezonančních vidů, jejichž hodnoty jsou v podstatě prokládány. Skutečně, důsledkem velkého poměru stran pro takový panel v podstatě s volnými okraji by byly druhé (snad i další) kmitočty rezonančních vidů panelových členů, přímo přisuzovatelné rozměru delšího okraje, které jsou také nižší než první kmitočty, přisuzovatelné rozměru kratší strany, tedy by vznikla kmitočtová mezera, která by byla příliš velká pro věrný uspokojivý akustický výkon, spočívající na činnosti ohybových vln při takových příslušných nižších kmitočtech.

« ··· *

- 16 · · ί · i i • * · · · » * · * * » · · · · « ·»· »· »· ··

Naproti tomu, první účinný kmitočet rezonančních vidů pro plně upnutý rezonanční panelový člen účinně vyžaduje přínos prvního rezonančního vidu přisuzovatelného délce kratší strany, t.j. první kombinaci vidů pro činnost vibrací desky pro dvě řady (fxi, fx₂ : ... fx_n) a (fx_1# fx₂ . : ... fy_B) pro osy x, y, rovnoběžné s okraji, jak je vyjádřeno rovnicí pro spektrum rezonančních vidů:

fxy_nm = /(fc/² + (fa/² η > 1 m > 1

Účinek tohoto kvadratického vztahu je v tom, Že velký poměr stran může vytvořit pořadí zcela těsně rozmístěných kmitočtů rezonančních vidů, přisuzovatelných k přínosu nejblíže vyšších řad příslušných k delším okrajům, před dalším přínosem těchto nejblíže vyšších řad příslušných k delším okrajům. Na obr. 14 je zobrazen diagram s maximální inverzní střední kvadratickou odchylkou výkonu v závislosti na poměru stran, a je zde , znázorněn nárůst plynulosti výkonu (nad nej nižšími účinnými rezonančními vidy) s narůstajícím poměrem stran maximálně asi do 1 : 3. Skutečně, větší poměry stran pro okrajově omezené členy mají těsnější kmitočty rezonančních vidů, zatímco opačné se hodí k panelům s poměrně volnými okraji podle přihlášky WO97/Q9842.

Tento výsledek se ovšem v žádném případě neodchyluje od dobrých a užitečných výsledků pro akustická zařízení používajících menší poměry stran panelových členů s plně upnutými okraji, a je také plně praktický pro požadovaný provoz akustického zařízení s prokládaným kmitočtem rezonančních vidů, jak již bylo nastíněno podle shora uvedené analýzy, také v přihlášce PCT/GB99/00404.

99·

- 17 • · ♦ « · t fc • · «»*·**· i • *99 «999 • 9*9 99 9* ·*

Existuji však významně větší konstrukční možnosti. V jakémkoliv jednotlivém případě a v požadovaném použití pro akustická zařízení, jednotlivá spektra kmitočtů rezonančních vidů se budou zřejmě měnit s poměrem stran pro dané tuhosti v ohybu a jejich poměry, a často se může provést výběr na základě vypočítatelných, naměřitelných nebo pochopitelných výsledků, podle požadovaného nebo přijatelného výkonu _t akustického zařízení.

Dále byl stanoven a zkoumán další relevantní faktor, totiž * akustická činnost a akustický výkon, vztahující se k ose nebo poloze, kde mohou být významné rozdíly, a mohou být vhodné nebo * účinné v konstrukci jednotlivých akustických zařízení pro jednotlivá použití, zejména tam, kde takové rozdíly mohou být pozitivně žádoucí nebo mohou být nežádoucí, nebo u jednotlivých výhodných nebo přijatelných kombinací. Na obr. ISA až 15J jsou zobrazeny kombinované polární diagramy pro jeden rezonanční panelový člen s poměrem stran 1 : 3, pro nižší kmitočty rezonančních vidů, a v každém případě je zde znázorněna jedna plocha plnou čarou a druhá plocha čárkovaně, t.j. s větším horizontálním nebo respektive vertikálním rozměrem. Obecně, jak bylo očekáváno, vyzařovací diagramy jsou výrazně odlišné, takže v rovině s menší délkou jsou obecně plynulejší a v rovině s větší délkou jsou rozptýlenější. Konstrukční volba zahrnuje přijatelnost vyššího kmitočtu nejnižších rezonančních vidů, „ jako přímo závisejících, pokud jde o jakýkoliv jednotlivou konstrukci panelového členu, na poměru stran; dále přijatelnost

- směrovosti tam, kde vibrace panelového členu je výrazně různá v různých osových směrech; dále logicky vyplývající různou * plynulost výkonu v příslušných vyzařovacích rovinách; dále související výběr orientace nebo polohy panelového použitého členu; a dostupné kompromisy mezi plynulostí výkonu v různých ί

φφ

Φ · • ♦ ♦ • · • ΦΦ φ • φ φ • φ φ • φ φ φ·φ ·· φ

φ φ φ φφ rovinách a/nebo úplnou plynulostí výkonu v závislosti na podobnosti nebo jinak na odezvách prvních a druhých rovin nebo azimutových nebo elevačních rovin.

Panelový člen podle obr. 16A obsahuje černý skleněný povlak o tloušťce 0,05 mm na hliníkové voštinové konstrukci o tloušťce 4 mm, jejichž výsledkem je v podstatě izotropní tuhost v ohybu o 12,26 Nm, plošná hmotnost 0,76 kg/m² a koincidenční kmitočet 4,6 KHz. Panelový člen podle obr. 16B obsahuje černý skleněný povlak o tloušťce 0,102 mm na jádru z Rohacellu o tloušťce 1,8 mm, jejichž výsledkem je v podstatě izotropní tuhost v ohybu o 2,47 Nm, plošná hmotnost 0,60 kg/m²a koincidenční kmitočet 9,1 KHz. Panelový člen podle obr. 16C obsahuje povlak z Melinexu™ o tloušťce 0,05 mm na jádru 2 Rohacellu o tloušťce 1,5 mm, jejichž výsledkem je v podstatě izotropní tuhost v ohybu o 0,32 Nm, plošná hmotnost 0,35 kg/m²a koincidenční kmitočet 19,2 KHz. Všechny tyto panelové členy mají podobný poměr stran od 1,13 do 1,14 a jsou buzeny stejnými budiči o aktivním průměru 13 mm a vstupní impedanci 8 ohmů. U každého panelového členu byl změřen akustický výkon se všemi okraji panelu, které byly volné vzhledem k vibracím panelu vlivem činnosti ohybových vln, a dále se všemi okraji panelu, které byly upnuty proti takovým vibracím. Na obr. 16A až C je znázorněno, že upnutím se dosáhne podstatného nárůstu akustického výkonu pod koincidenčním kmitočtem, i když ne nad tímto kmitočtem, takže je zde větší výhodné působení upnutí, čím je vyšší koincidenční kmitočtu, tedy čím je nižší tuhost v ohybu příslušného panelového členu.

Panelové členy podle obr. 16D až E mají stejnou strukturu tuhosti, jako členy podle obr. 16A, ale mají větší rozměry, totiž 360 mm x 315 mm, resp. 545 mm x 480 mm, ve srovnání s rozměry 260 mm x 230 mm podle obr. 16A až D; a je zde tedy

* • 4« ··· ♦ potvrzení, že úplné upnutí vytváří zlepšený akustický výkon z koincidenčního kmitočtu směrem dolů k nejnižšímu kmitočtu rezonančních vidů příslušného panelového členu, zejména až asi na 400 Hz pro nejmenší panelové členy (podle obr. 16A až C) a nižší pro větší a největší panelové členy. Také má význam, uvést, že čím větší panelové členy, tím více se blíží tvary vidů pro daný kmitočet přibližně k sinusoidě.

Byla prováděna kontrolní měření mechanického výkonu pro všechny tyto panelové členy, při jejich buzení s okraji volnými pro vibrace, a s plně upnutými okraji, a bylo znázorněno, že všechny tyto panelové členy přijímaly většinou stejný výkon.

Může být zajímavé uvažovat o předpokladu před protichůdným vysvětlením podle přihlášky W097/09842, pokud jde o to, že užitečné akustické vyzařování je neuskutečnitelné pod koincidenčním kmitočtem založeném na teorii, že takové lze očekávat od dokonalých sinusových vln v nekonečné desce; a o předpokladech logicky se vztahujících k vysvětlení podle přihlášky WO97/09842, jasně stanovících, že užitečné akustické vyzařování je uskutečnitelné v konečné desce pod koincidenčním kmitočtem, totiž že takové výsledky vyzařování z částí konečné desky, která vibruje s odchýlením od dokonalého sinusového rozložení, což, jak se zdá, je hlavně případem pro nejnižší kmitočtové vidy, a to jak poblíž excitujícího budiče, tak u okrajů, které volně vibrují, proto se samozřejmě klade důraz na druhou z těchto možností. Avšak podle vysvětlení ze současné přihlášky je nyní jasné, že omezení okrajů, zejména pokud jde o schopnost vibrací ohybových vln, má příznivý účinek pro akustické spojení se vzduchem, obzvláště jejich zvýšené účinnosti pod koincidenčním kmitočtem. K tomu samozřejmě dochází v samozřejmém kontextu s akustickým výkonem, nutně souvisejícím se ztrátami v rezonančním panelovém členu a

* • ··

- 20 v akustickém blízkém poli, kde alespoň posledně uvedené je jasně redukováno svým okrajovým omezením, které účinně eliminuje akustické krátké spojení předmětu takového omezení kolem takového okraje (okrajů).

Zdá se logické vykládat zvýšené akustické spojení se vzduchem pod koincidenčním kmitočtem s odrazem takové energie, která by jinak byla ztracena v akustickém blízkém poli, jenom na takovém základě, že taková energie je ve vibracích ohybových vln kmitočtů rezonančních vidů panelového členu, v rámci příslušného akustického rozsahu, a musí opustit panelový člen jako akustická energie, ať už jako zlepšené spojení se vzduchem v omezených okrajích, nebo uprostřed panelového členu. Situace nad koincidenčním kmitočtem je samozřejmě neovlivněna. To je samozřejmě všechno v dalším kontextu s dostupnými rezonančními vidy panelových členů s omezením okrajů, což je samozřejmě nezbytné bez kroucení vibračních vidů, které jsou účinně redukovány nebo eliminovány okrajovým omezením, zejména upnutím.

Další výzkumy byly prováděny, pokud jde o výhodné umístění druhého měniče, na základě měřeného účinku, za použití přemístitelného nebo přesuvného druhého měniče; a pokud jde o omezení nebo upnutí jednotlivých okrajů, za použití setrvačných hmot v lokalizovaných polohách. Výsledek, pokud jde o umístění druhého měniče, hlavně klade důraz na rozsah a složitost interakce mezi účinky v rezonančním panelovém členu těchto dvou měničů. Skutečně, nejlépe stanovené polohy pro druhý měnič vzhledem k výhodně umístěnému prvnímu měniči pro rezonanční panelový člen v podstatě pravoúhlého tvaru a v podstatě s izotropní tuhostí v ohybu byly ve skutečnosti v prostředku a blízko prostředku a ve třech čtvrtinách nebo blízko tří čtvrtin délky podél os omezující čtvrtinu panelu, φφφ φ φφφ φφφ ·Φ· «· φ

• · ··· φ

- 21 ♦ * φ <

* · φ ί φ · φ φ’ • φ φφ v níž byl umístěn první měnič, a jakost akustického výstupu měla sklon k nepříznivému ovlivnění (i když pro některá použití je to uskutečnitelné). Výsledek pro jednotlivá omezení nebo upnutí byl obzvláště zajímavý v tom, že vykazoval potenciálně výhodný přechod z těsné ekvivalence k plynulému omezení nebo upnutí k účinkům propustného filtru akustického kmitočtu, související s většími vzdálenostmi a se vztahem (vztahy) k vlnovým délkám ohybových vln v příslušném panelovém členu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Akustické zařízení, spočívající na činnosti ohybových vln, a schopné provozu pod koincidenčním kmitočtem, obsahující člen poskytující akustický provoz z důvodu výhodného rozložení rezonančních vidů pomocí působeni ohybových vln v tomto členu, vyznačující se tím, že obsahuje prostředek, alespoň částečně ohraničující uvedený člen, kde tento prostředek má podstatně omezující vlastnosti vzhledem ke kmitání tohoto členu pomocí ohybových vln, přičemž ohraničující prostředek je uspořádán v obvodovém okraji uvedeného členu, a je uspořádán obvodově průběžně alespoň přes 25 % uvedeného okraje.
2. Aktivní akustické zařízení obsahující člen, spočívající na činnosti ohybových vln, s výhodným rozložením rezonančních vidů v tomto členu a s výhodným umístěním měniče ohybových vln, vyznačující se tím, že obsahuje prostředek, alespoň částečně ohraničující uvedený člen, kde tento prostředek má podstatně omezující vlastnosti vzhledem ke kmitání tohoto členu pomocí ohybových vln, a umístění jeho měniče ohybových vln je vymezeno v souvislosti a s ohledem na takový ohraničující prostředek, přičemž ohraničující prostředek je uspořádán v obvodovém okraji uvedeného členu, a je uspořádán obvodově průběžně alespoň přes 25 % uvedeného okraje.
3. Akustické zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ohraničující prostředek je alespoň částečně rozhodující pro uvedenou akusticky aktivní oblast, přičemž uvedený člen je součástí rozsáhlejší konstrukce. - 23
4. Akustické zařízení podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že ohraničující prostředek je uspořádán podél jedné strany v podstatě pravoúhlé uvedené oblasti nebo panelového členu.
5. Akustické zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že ohraničující prostředek je také uspořádán podél protilehlé rovnoběžné strany uvedené oblasti nebo panelového členu.
6. Akustické zařízení podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že ohraničující prostředek je uspořádán plně kolem uvedené oblasti nebo okraje.
7. Akustické zařízení podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že ohraničující prostředek Významně přispívá k celkové tuhosti uvedeného členu, pro jeho účinnost v požadovaném akustickém provozu.

8. Akustické zařízení podle nároku 7, v y z nač u j í c í se t í m, že tuhost v ohybu tohoto členu v uvedené akusticky aktivní oblasti je asi pod 5 Nm. 9. Akustické zařízení podle nároku 8, v y z nač u j í c í

se t í m, že uvedená tuhost v ohybu je asi nad 0,001 Nm.
10. Akustické zařízení podle nároku 7, 8 nebo 9, vyznačující se tím, ze povrchová hustota tohoto členu v uvedené akusticky aktivní oblasti je asi od 25 g/m².
11. Akustické zařízení podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že uvedená oblast tohoto členu má izotropní tuhost v ohybu.
12. Akustické zařízení podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že uvedená oblast těchto členů má obousměrnou izotropní tuhost v ohybu.
13. Akustické zařízení podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že uvedená oblast tohoto členu má rozložení tuhosti v ohybu odpovídající požadovanému výhodnému umístění měniče.
14. Akustické zařízení podle nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že uvedená oblast je v podstatě pravoúhlá, a má izotropní tuhost v ohybu, a má poměr stran 1:1 až 1 : 1,5.
15. Akustické zařízení podle nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že uvedená oblast je v podstatě pravoúhlá, a má izotropní tuhost v ohybu, a má poměr stran větší než 1 : 1,5.
16. Akustické zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že uvedený poměr stran je asi 1 : 3 nebo větší.
17. Akustické zařízení podle nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že uvedený ohraničující prostředek slouží alespoň k omezení rezonančních vidů činnosti ohybových vln, dovolujících kroucení.
18. Akustické zařízení podle nároků 1 až 17, *

♦ φφφ » φ φ φ φ φ

25 4 • ·

Φ

ΦΦΦ vyznačující se tím, že uvedený ohraničující prostředek slouží alespoň k redukování zrušení akustického výstupu blízkého pole.
19. Akustické zařízení podle nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že uvedený ohraničující prostředek slouží ke zvýšení akustického výstupu z energie rezonanční činnosti ohybových vln v uvedené oblasti.
20. Akustické zařízení podle nároků 1 až 19, vyznačující se tím, že uvedený člen je napnut.
21. Akustické zařízení podle nároku 20, vyznačující se tím, že tento člen je napnut ve dvou vzájemně příčných směrech.
22. Akustické zařízení podle nároku 21, vyznačující se tím, že toto napětí ve dvou směrech je stejné.
23. Akustické zařízení podle nároků 20 až 22, vyznačující se tím, že tuhost v ohybu tohoto členu v akusticky aktivní oblasti je nízká.
24. Akustické zařízení podle nároků 20 až 23, vyznačující se tím, že povrchová hustota tohoto členu v akusticky aktivní oblasti je nízká.
25. Akustické zařízení podle nároků 1 až 24, vyznačující se tím, že ohraničující prostředek tvoří integrální část s uvedeným členem.

000

0 *

0 0 0 0 000 I : ϊ ϊϊ ϊ : ·: :ι !

* ·· ··
26. Akustické zařízení podle nároku 25, vyznačující se tím, že ohraničující prostředek tvoří integrálně odlitou část s uvedeným členem.