DE69106712T2

DE69106712T2 - PANEL-SHAPED SPEAKER.

Info

Publication number: DE69106712T2
Application number: DE69106712T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Heron
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1990-08-04
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2011-07-27
Also published as: GB2262861B; JP3034952B2; EP0541646A1; ATE117155T1; GB2262861A; JP2000138994A; DK0541646T3; DE69106712D1; GB9301628D0; JP3084281B2; EP0541646B1; HK1000544A1; JPH05509211A; WO1992003024A1

Abstract

A panel-form loudspeaker has a resonant multi-mode radiator panel which is excited at frequencies above the fundamental frequency and the coincidence frequency of the panel to provide high radiation efficiency through multi-medal motions within the panel, in contrast to the pistonic motions required of conventional loudspeakers. The radiator panel is a skinned composite with a honeycomb or similar core and must be such that it has a ratio of bending stiffness to the third power of panel mass per unit area (in mks units) of at least 10 and preferably at least 100. An aluminium skinned, aluminium honeycomb cored composite can meet this more severe criterion easily. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen plattenförmigen Lautsprecher, der einen resonanten Multimodenstrahler verwendet, welcher sich für Anwendungen eignet, bei denen dünne Lautsprecherteile erforderlich sind, wie bei einer öffentlichen Lautsprecheranlage. Der Sprecher hat eine Konversionseffizienz von fast eins, so daß er sich für Anwendungen eignet, die eine hohe akustische Ausgangsleistung von dem Lautsprecher erfordern.The invention relates to a panel-shaped loudspeaker using a resonant multimode radiator, which is suitable for applications requiring thin speaker parts, such as a public address system. The speaker has a conversion efficiency of almost one, making it suitable for applications requiring high acoustic output from the loudspeaker.

Momentan wird bei Lautsprechern eine Membran oder ein ähnliches Element verwendet, das dazu gebracht wird, sich im großen auf eine im wesentlichen kolbenmäßige Art zu bewegen, so daß Schall erzeugt wird. Die Bewegung der Membran sollte über ihre Oberfläche in Phase sein, so daß die Membran durch den Antrieb vorwärts und rückwärts bewegt wird, und dieses wird u.a. erreicht durch die Beschaffenheit und Größe der Membran in Bezug auf das Frequenzband, in dem der Lautsprecher betrieben werden soll. Bei diesen Lautsprechern arbeitet die Membran größtenteils bei Frequenzen unterhalb von der, bei der sie in eine resonante Mode kommt (obgleich sie bei geeigneter Abdämpfung dieser Mode typischerweise oberhalb der ersten Resonanzfrequenz der Membran betrieben werden können), und dieses bedeutet unerwünschte räumliche und/oder frequenzmäßige Beschränkungen für den Lautsprecher. Um die Schwelle der Resonanzfrequenzen zu erhöhen, werden kleine Membranen verwendet, aber diese sind keine effizienten Strahler bei niedrigen Frequenzen.Currently, loudspeakers use a diaphragm or similar element which is made to move in a generally pistonic manner to produce sound. The movement of the diaphragm should be in phase across its surface so that the diaphragm is moved forwards and backwards by the drive, and this is achieved, among other things, by the nature and size of the diaphragm in relation to the frequency band in which the loudspeaker is to be operated. In these loudspeakers, the diaphragm operates largely at frequencies below that at which it enters a resonant mode (although with suitable damping of this mode they can typically be operated above the diaphragm's first resonant frequency), and this imposes undesirable spatial and/or frequency limitations on the loudspeaker. To increase the threshold of resonant frequencies, small diaphragms are used, but these are not efficient radiators at low frequencies.

Es gibt zwei Hauptarten von Lautsprechern, die gegenwärtig verwendet werden, und beide verwenden Membranen, die kolbenmäßig angetrieben werden. Bei der ersten handelt es sich um einen elektrostatischen Lautsprecher, bei dem die Membran durch den Ladungsunterschied angetrieben wird, der zwischen Membran und der starren Rückplatte besteht, die nahe hinter der Membran angeordnet ist. Elektrostatische Lautsprecher sind in der Lage, ein High-Fidelity-Ausgangssignal über ein weites Frequenzband zu erzeugen, und sie haben einen relativ ebenen Aufbau, der sie für öffentliche Lautsprecheranlagen geeignet macht. Jedoch sind sie teuer und haben eine sehr niedrige Konversionseffizienz, was ihre Vorteile einschränkt. Die andere etablierte Form von Kolben-Membranlautsprechern ist der konventionelle dynamische Lautsprecher, welcher eine randmontierte Membran hat, die durch einen elektromechanischen Antrieb erregt wird. Diese Lautsprecher haben eine relativ schmale Bandbreite und obgleich sie effizientere Strahler als die elektrostatischen Lautsprecher sind, haben sie immer noch eine niedrige Konversionseffizienz. Bei Lautsprechern dieser Form ist es notwendig, zerstörerische Interferenzen zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen der Membran zu unterdrücken. Dies hat normalerweise die Folge, daß die Membran auf der Frontfläche eines im wesentlichen kastenförmigen Gehäuses befestigt ist und folglich flache plattenförmige Formen ausgeschlossen sind.There are two main types of loudspeakers currently in use, and both use diaphragms that are driven in a piston-like manner. The first is an electrostatic loudspeaker, in which the diaphragm is driven by the charge difference that exists between the diaphragm and the rigid back plate that is placed close behind the diaphragm. Electrostatic loudspeakers are capable of producing a high-fidelity output over a wide frequency band, and they have a relatively flat structure that makes them suitable for public address systems. However, they are expensive and have very low conversion efficiency, which limits their advantages. The other established form of piston-diaphragm loudspeaker is the conventional dynamic loudspeaker, which has an edge-mounted diaphragm that is excited by an electromechanical drive. These loudspeakers have a relatively narrow bandwidth and although they are more efficient radiators than the electrostatic loudspeakers, they still have a low conversion efficiency. In loudspeakers of this shape it is necessary to suppress destructive interference between forward and backward movements of the diaphragm. This usually means that the diaphragm is mounted on the front face of a substantially box-shaped enclosure, thus excluding flat plate-like shapes.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen flachen plattenförmigen Lautsprecher hoher Konversionseffizienz mit einem Frequenzband, das wenigstens adäquat für öffentliche Lautsprecheranlagen ist, zu schaffen. Dieses wird erreicht durch Ausschöpfen der Möglichkeiten, die durch bestimmte moderne Verbundplatten gegeben sind, beim Bau eines Lautsprechers, der auf eine neue Art funktioniert. Verbundplatten mit dünnen strukturierten Außenschichten, zwischen welche ein leichter Abstandskern eingeschlossen ist, werden gemeinhin z.B. für Flugzeugstrukturen verwendet, und einige von diesen können in dem hier beanspruchten Lautsprecher Verwendung finden. Bestimmte Verbundplattenmaterialien wurden bisher bei der Konstruktion von Membranen bei konventionellen dynamischen Lautsprechern verwendet, was z.B. in der Patentbeschreibung GB 2010637A, GB 2031691A und GB 2023375A offenbart ist, wurden aber nach allem was uns bekannt ist nicht in der erfindungsgemäßen Art als resonante Multimodenstrahler verwendet.It is an object of the present invention to provide a flat panel-shaped loudspeaker of high conversion efficiency with a frequency band that is at least adequate for public address systems. This is achieved by exploiting the possibilities offered by certain modern composite panels in constructing a loudspeaker that functions in a new way. Composite panels with thin structured outer layers between which a light spacer core is enclosed are commonly used for eg aircraft structures and some of these may find use in the loudspeaker claimed here. Certain composite panel materials have previously been used in the construction of diaphragms in conventional dynamic loudspeakers, as disclosed eg in patent specification GB 2010637A, GB 2031691A and GB 2023375A, but have not, to our knowledge, been used as resonant multimode radiators in the manner according to the invention.

Die hierin beanspruchte Erfindung ist ein plattenförmiger Lautsprecher, der umfaßt:The invention claimed herein is a panel-shaped loudspeaker comprising:

ein resonantes Multimodenstrahlerelement, das eine einheitliche Verbundplatte mit transversalem zellularen Aufbau aus zwei Materialaußenschichten mit Abstandkern ist, wobei die Platte so ist, daß das Verhältnis von Biegesteifigkeit (B) zur dritten Potenz der Plattenmasse pro Oberflächeneinheit (u) in allen Richtungen wenigstens 10 beträgt;a resonant multimode radiator element which is a unitary composite panel with a transverse cellular structure of two outer layers of material with a spacer core, the panel being such that the ratio of bending stiffness (B) to the cube of the panel mass per unit surface area (u) is at least 10 in all directions;

eine Befestigungsvorrichtung, welche die Platte stützt oder sie an einem Träger frei und ungedämpft befestigt;a fixing device which supports the panel or fixes it to a support in a freely and undamped manner;

und einen an die Platte gekoppelten elektromechanischen Antrieb, der dazu dient, eine Multimodenresonanz in der Strahlerplatte gemäß einem elektrischen Eingangssignal innerhalb eines Arbeitsfrequenzbandes für den Lautsprecher anzuregen.and an electromechanical drive coupled to the panel for exciting a multimode resonance in the radiator panel in accordance with an electrical input signal within an operating frequency band for the loudspeaker.

Der Ausdruck "transversaler zellularer Aufbau", der in der obigen Definition und sonst in der Beschreibung verwendet wird, bezieht sich auf wabenförmige Formen und andere zellular aufgebaute Kernkonstruktionen mit nichthexagonalen Kernabschnitten mit Kernzellen, die sich über die Dicke des Plattenmaterials erstrecken.The term "transverse cellular structure" used in the above definition and elsewhere in the description refers to honeycomb shapes and other cellular core constructions with non-hexagonal core sections with core cells that extend across the thickness of the panel material.

In der obigen Definition der Erfindung und in der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen sind alle Einheiten MKS- Einheiten, speziell Nm und kg/m² in dein obigen Absatz. Wir bezeichnen den Wert des oben angegebenen Verhältnisses "T", und ein T-Wert, wie oben spezifiziert, ist notwendig, damit die Strahlerplatte auf die gewünschte Art geeignet funktioniert. Vorzugsweise sollte der Wert T wenigstens 100 betragen. Dieser T-Wert ist ein Maß für die akustische Konversionseffizienz der Strahlerplatte, wenn der Lautsprecher wie gedacht bei Frequenzen oberhalb seiner Koinzidenzfrequenz (siehe unten) arbeitet. Ein hoher T-Wert wird am besten mit wabenförmigen Platten mit dünnen Metallaußenschichten erreicht. Der von uns gegenwärtig bevorzugte Plattentyp hat solche Platten mit Wabenformkonstruktion und dünnen Außenschichten, bei denen beide Außenschichten sowie der Kern aus Aluminium oder Aluminiumlegierung bestehen. Mit solchen Platten können T-Werte von 200 oder mehr erreicht werden. Es ist äußerst unwahrscheinlich, daß irgendein festes Plattenmaterial den erforderlichen Minimalwert von T erreichen könnte. Ein feste Stahlplatte jedweder Dicke würde einen T-Wert von 0,5 haben, weit unter dem erforderlichen. Feste carbonfaserversteifte Kunststoffschichten mit gleichachsiger Verstärkung hätten einen T- Wert von etwa 0,85, immer noch sehr weit unter der Minimalforderung. Die Betriebsart des Lautsprechers unterscheidet sich fundamental von Membranlautsprechern nach Stand der Technik, welche eine im wesentlichen "kolbenförmige" Membranbewegung haben. Wie vorher erwähnt, sind solche Lautsprecher dazu gedacht, eine hin- und hergehende Inphasenbewegung der Membran zu erzeugen, und es wird versucht, resonante Modenbewegungen in der Membran durch den Aufbau der Membran zu vermeiden, so daß sie aus dem Lautsprecherfrequenzband herausgehalten werden, und/oder durch Einbau geeigneter Dämpfung, so daß sie unterdrückt werden. Demgegenüber sieht die vorliegende Erfindung nicht den Einbau irgendeiner konventionellen Membran vor, sondern verwendet dafür eine die beschriebenen Kriterien erfüllende Platte als ein Multimodenstrahler, welcher durch die Erregung resonanter Moden in der Platte funktioniert und nicht durch Erzwingen einer kolbenförmigen nichtresonanten Bewegung. Dieser Unterschied in der Betriebsart folgt aus dem Kriterium der Plattensteifigkeit gegenüber der Masse, aus der Vermeidung von Kantendämpfung und dem Verzeicht auf interne Dämpfungsschichten etc. innerhalb der Strahlerplatte und außerdem durch den Betrieb des Strahlers bei Frequenzen oberhalb sowohl der Koinzidenzfrequenz als auch der fundamentalen Frequenz der Verbundplatte.In the above definition of the invention and throughout the specification and claims, all units are MKS units, specifically Nm and kg/m2 in the above paragraph. We refer to the value of the above ratio as "T", and a T value as specified above is necessary for the radiator panel to function properly in the desired manner. Preferably, the T value should be at least 100. This T value is a measure of the acoustic conversion efficiency of the radiator panel when the loudspeaker operates as intended at frequencies above its coincidence frequency (see below). A high T value is best achieved with honeycomb panels with thin metal outer layers. The type of panel we currently prefer has such panels with honeycomb construction and thin outer layers in which both outer layers and the core are made of aluminum or aluminum alloy. With such panels, T values of 200 or more can be achieved. It is extremely unlikely that any solid panel material could achieve the minimum required value of T. A solid steel plate of any thickness would have a T-value of 0.5, well below the required. Solid carbon fiber reinforced plastic sheets with coaxial reinforcement would have a T-value of about 0.85, still well below the minimum requirement. The mode of operation of the loudspeaker is fundamentally different from state of the art diaphragm loudspeakers, which have an essentially "piston-like" diaphragm movement. As previously mentioned, such loudspeakers are intended to produce a reciprocating in-phase movement of the diaphragm, and it is attempts to avoid resonant mode motions in the diaphragm by designing the diaphragm so that they are kept out of the loudspeaker frequency band and/or by incorporating suitable damping so that they are suppressed. In contrast, the present invention does not envisage the incorporation of any conventional diaphragm, but instead uses a panel meeting the criteria described as a multimode radiator which operates by exciting resonant modes in the panel rather than forcing a piston-like non-resonant motion. This difference in mode of operation follows from the panel stiffness to mass criterion, from the avoidance of edge damping and the dispensing with internal damping layers etc. within the radiator panel and also from operating the radiator at frequencies above both the coincidence frequency and the fundamental frequency of the composite panel.

Die "Koinzidenzfrequenz" ist die Frequenz, bei welcher die Biegewellengeschwindigkeit in der Strahlerplatte der Schallgeschwindigkeit in Luft entspricht. Diese Frequenz entspricht einem Schwellenwert für den effizienten Betrieb des Lautsprechers, da bei Frequenzen oberhalb ihrer Koinzidenzfrequenz viele moderne Verbundplatten effizient abstrahlen. Es ist möglich, mit der hier genannten Information eine Strahlerplatte herzustellen, die sich für gegebene Frequenzbänder eignet, bei denen die Koinzidenzfrequenz der Strahlerplatte auf oder unter die erforderliche Bandbreite fällt, so daß der Lautsprecher fast den gesamten mechanischen Eingang von dem elektromechanischen Antrieb in akustische Leistung wandelt. Dies ist mehr als ein bloßer Wunsch, da dies die Charakteristik hoher Konversionseffizienz ist, durch welche potentielle Probleme bei einem resonanten Multmodenstrahlersystem überwunden werden. Eine hohe Konversionseffizienz (welche mit geeigneter Wahl von Materialien entsprechend der hier angegebenen Konstruktionsregeln erreicht werden kann) wird erreicht, wenn Plattenbewegungen durch akustische Dämpfung anstelle interner strukturmäßiger Dämpfung innerhalb des Plattenmaterials oder Dämpfung aufgrund der Plattenmontierung beschränkt wird. Wenn dies erreicht wird, sind akustische Störungen klein.The "coincidence frequency" is the frequency at which the bending wave velocity in the radiator plate equals the speed of sound in air. This frequency represents a threshold for efficient operation of the loudspeaker, since at frequencies above their coincidence frequency many modern composite panels radiate efficiently. It is possible, using the information given here, to design a radiator plate suitable for given frequency bands where the coincidence frequency of the radiator plate falls at or below the required bandwidth so that the loudspeaker converts almost all of the mechanical input from the electromechanical drive into acoustic power. This is more than a mere wish, since this is the high conversion efficiency characteristic that overcomes potential problems with a resonant multimode radiator system. High conversion efficiency (which can be achieved with appropriate choice of materials according to the design rules given here) is achieved when panel movements are limited by acoustic damping rather than internal structural damping within the panel material or damping due to panel mounting. When this is achieved, acoustic disturbances are small.

Der Wert "B" in dem oben angegebenen "T"-Kriterium ist die statische Biegesteifigkeit der Platte gegenüber der Steifigkeit der Platte, wenn sie schneller Durchbiegung unterworfen wird. Jedoch sinkt die Biegesteifigkeit mit steigender Frequenz aufgrund des steigenden Einflusses der Scherbewegungen innerhalb des Kerns. Es ist wichtig, daß der Effekt dieser Scherbewegung minimiert wird, und dies kann erreicht werden durch Verwendung einer Platte mit einem genügend hohem Schermodul. Diese Forderung führt zu einem zweiten Kriterium, nämlich daß das Kernschermodul G nicht kleiner als der Wert sein sollte, der durch die Beziehung uc²/d gegeben ist, wobei "c" die Schallgeschwindigkeit in Luft und "d" die Tiefe des Plattenkerns ist. Es ist günstig, diesen Ausdruck in die alternative Formulierung uc²/dG > 1 umzuschreiben.The value "B" in the "T" criterion given above is the static bending stiffness of the plate versus the stiffness of the plate when subjected to rapid deflection. However, the bending stiffness decreases with increasing frequency due to the increasing influence of the shear movements within the core. It is important that the effect of this shear movement is minimized and this can be achieved by using a plate with a sufficiently high shear modulus. This requirement leads to a second criterion, namely that the core shear modulus G should not be less than the value given by the relationship uc²/d, where "c" is the speed of sound in air and "d" is the depth of the plate core. It is convenient to rewrite this expression in the alternative formulation uc²/dG > 1.

Zwei exemplarische Formen der Erfindung werden im folgenden als Beispiele mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, von denen:Two exemplary forms of the invention are described below by way of example with reference to the drawings, of which:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von hinten eines rahmenmontierten Lautsprechers ist; undFig. 1 is a rear perspective view of a frame-mounted loudspeaker; and

Fig. 2 eine Seitenansicht eines an der Decke montierten Lautsprechers ist.Fig. 2 is a side view of a ceiling mounted loudspeaker.

Der Lautsprecher in Fig. 1 hat einen resonanten Multimodenstrahler 1, einen einfachen Trägerrahmen 2, von welchem der Strahler über Halteschlaufen 3 herabhängt, und einen elektromechanischen Erreger 4. Der Strahler 1 besteht aus einer rechteckigen Platte mit einem mehrschichtigen Wabenaufbau aus einer Aluminiumlegierung, der mit einer Aluminiumlegierung überzogen ist. Einzelheiten der Platte und Vorgaben für die Größe etc. werden weiter unten angegeben. Der elektromagnetische Erreger 4 hat einen Stiel 5 und ist auf dem Trägerrahmen 2 befestigt, so daß der Stiel 5 gegen die Rückseite der Strahlerplatte 1 drückt und letztere durch eine Hin- und Herbewegung des Stiels erregt wird, wenn ein elektrisches Signal an den Erreger 4 angelegt wird. An dem Kontakt zwischen Stiel 5 und der Platte ist letztere durch eine Unterlage 6 verstärkt, um Verschleiß und Beschädigung zu widerstehen. Der Erreger 4 ist so positioniert, daß er die Strahlerplatte 1 an einer Position auf ihr erregt, die nahe an einer ihrer Ecken ist und nicht an einer Position, die nahe an ihrem Zentrum liegt, um zu vermeiden, daß die Platte bevorzugt in ihren symmetrischen Moden erregt wird. Die träge Masse des Erregers 4 und der Strahlerplatte 1 sind aufeinander abgestimmt, um zwischen den beiden eine effiziente Trägheitskopplung für eine effiziente Leistungsübertragung zu gewährleisten.The loudspeaker in Fig. 1 has a resonant multimode radiator 1, a simple support frame 2 from which the radiator is suspended by straps 3, and an electromechanical exciter 4. The radiator 1 consists of a rectangular plate with a multi-layered aluminium alloy honeycomb structure covered with aluminium alloy. Details of the plate and specifications for size etc. are given below. The electromagnetic exciter 4 has a stem 5 and is mounted on the support frame 2 so that the stem 5 presses against the back of the radiator plate 1 and the latter is excited by a reciprocating movement of the stem when an electrical signal is applied to the exciter 4. At the contact between the stem 5 and the plate, the latter is reinforced by a pad 6 to resist wear and damage. The exciter 4 is positioned to excite the radiating plate 1 at a position on it that is close to one of its corners rather than at a position close to its center, to avoid the plate being preferentially excited in its symmetric modes. The inertial mass of the exciter 4 and the radiating plate 1 are matched to ensure efficient inertial coupling between the two for efficient power transfer.

Die zweite Version des Lautsprechers, welche in Fig. 2 dargestellt ist, ist die gleiche wie oben mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene, bis auf einige kleinere Einzelheiten, die im folgenden besprochen werden. Für gleiche Teile werden gleiche Bezugszeichen in den beiden Figuren verwendet.The second version of the loudspeaker, shown in Fig. 2, is the same as that described above with reference to Fig. 1, except for some minor details, which are discussed below. The same reference numerals are used for the same parts in the two figures.

Diese Version eines Lautsprechers hängt von der Decke 7 anstelle von einem Trägerrahmen. Vier Tragschlaufen 3 werden anstelle von zwei bei der vorangehenden Version verwendet, so daß die Strahlerplatte 1 eher unter der Decke liegt als von ihr herabhängt. Der Erreger 4 ist oberhalb des Strahlers 1 angebracht.This version of a loudspeaker hangs from the ceiling 7 instead of a support frame. Four support loops 3 are used instead of two in the previous version, so that the radiator plate 1 lies under the ceiling rather than hanging from it. The exciter 4 is mounted above the radiator 1.

Beide Versionen des Lautsprechers arbeiten auf genau dieselbe Art und unterliegen denselben Konstruktionsregeln, was die Auswahl der Plattenmaterialien und die Konstruktion und die Dimensionierung der Platte unter Berücksichtigung des gewünschten Frequenzbandes des Lautsprechers betrifft.Both versions of the loudspeaker work in exactly the same way and are subject to the same design rules in terms of the selection of panel materials and the construction and dimensioning of the panel taking into account the desired frequency band of the loudspeaker.

Das "T"-Kriterium und das Schermodulkriterium, die beide bereits erwähnt worden sind, beziehen sich mehr auf die Plattenformen und Plattenmaterialien als auf die Plattendimensionen und Lautsprecherfrequenzbereiche. Um einen Lautsprecher herzustellen, der für einen bestimmten Frequenzbereich optimiert ist, ist es von Nutzen, einige Konstruktionsregeln anzuwenden, die im folgenden angegeben werden.The "T" criterion and the shear modulus criterion, both mentioned previously, relate more to the panel shapes and panel materials than to the panel dimensions and speaker frequency ranges. In order to produce a speaker that is optimized for a specific frequency range, it is useful to apply some design rules, which are given below.

Das untere Ende des gewünschten Frequenzbereiches des Lautsprechers setzt eine Grenze für die fundamentale Frequenz der Platte, da diese unterhalb der niedrigsten interessierenden Frequenz sein muß. Darüber hinaus sollte die Koinzidenzfrequenz der Platte genauso unter der niedrigsten interessierenden Frequenz liegen. Die Koinzidenzfrequenz (fc) ist unabhängig von der Plattenfläche und ist gegeben durch den AusdruckThe lower end of the desired frequency range of the loudspeaker sets a limit on the fundamental frequency of the plate, as it must be below the lowest frequency of interest. In addition, the coincidence frequency of the plate should also be below the lowest frequency of interest. The coincidence frequency (fc) is independent of the plate area and is given by the expression

fc² = u.c&sup4;/4.π².Bfc² = u.c&sup4;/4.π².B

Die gewünschte Bandbreite für einen speziellen Sprecher bestimmt den Wert von fc und damit die Beziehung zwischen u und B. Wenn außerdem der Wert der Fundamentalfrequenz (f&sub1;) gesetzt wird, dann bestimmt dieses einen ungefähren Wert für die Fläche der Platte, da f&sub1; gegeben ist durch die NäherungThe desired bandwidth for a specific speaker determines the value of fc and thus the relationship between u and B. If the value of the fundamental frequency (f₁) is also set, then this determines an approximate value for the area of the plate, since f₁ is given by the approximation

f&sub1;² = B/u.A²f₁² = B/u.A²

Schließlich sollte die Frequenz, bei welcher die erste Luftresonanz innerhalb des Kerns der Platte auftritt, über dem oberen Frequenzgrenzwert des Lautsprechers liegen. Diese Frequenz (fa) ist durch einen anderen Ausdruck gegeben:Finally, the frequency at which the first air resonance occurs within the core of the panel should be above the upper frequency limit of the loudspeaker. This frequency (fa) is given by another expression:

fa = c/2.dfa = c/2.d

wobei d die Tiefe des Plattenkerns ist. Daher bestimmt dieser Ausdruck die Tiefe des Plattenkerns in Abhängigkeit von der Frequenzbandbreite des Lautsprechers.where d is the depth of the panel core. Therefore, this expression determines the depth of the panel core depending on the frequency bandwidth of the loudspeaker.

Konstruktionszusammenhänge werden unten als Beispiel mit Bezug auf eine Version der Lautsprecher angegeben, bei der eine Strahlerplatte Verwendung findet, die ein 1 m x 1 m großes Quadrat aus mit Aluminium überzogenem Aluminiumwabenkernverbund darstellt. Die Kerntiefe für die Platte ist 0,04 m und die Dicke jeder Außenhaut beträgt 0,0003 m. Für diese Platte ist B 18850 Nm, u 3,38 kg/m² und T 488 Nm&sup7;/kg².Construction relationships are given below as an example with reference to a version of the loudspeakers using a radiator panel which is a 1m x 1m square of aluminium covered aluminium honeycomb core composite. The core depth for the panel is 0.04m and the thickness of each skin is 0.0003m. For this panel, B is 18850 Nm, u is 3.38 kg/m2 and T is 488 Nm7/kg2.

Aus der Gleichung für f&sub1; folgt f&sub1; = [18850/3,38 x 1]1/2 = 75 HzFrom the equation for f₁ follows f₁ = [18850/3.38 x 1]1/2 = 75 Hz

Aus der Gleichung für fc folgt fc = [3,38 x 340&sup4;/4 x 3,1416² x 18850]1/2 = 246 HzFrom the equation for fc follows fc = [3.38 x 340⁴/4 x 3.1416² x 18850]1/2 = 246 Hz

Aus der Gleichung für fa folgt fa = 340/2 x 0,04 = 4250 Hz.From the equation for fa follows fa = 340/2 x 0.04 = 4250 Hz.

Die Schersteifigkeit der Platte ändert sich in Abhängigkeit von der Orientierung innerhalb der Ebene der Platte. Für die Achse des Minimalwertes von "G" hat der Ausdruck u.c²/G.d einen Wert von 0,056 und für die Achse seines Maximalwertes hat der gleiche Ausdruck einen Wert von 0,122. Diese beiden Werte sind viel kleiner als der Grenzwert 1 und zeigen an, daß der Lautsprecher in seiner Leistung über das gewünschte Frequenzband nicht durch Kernscherbewegungen beschränkt ist.The shear stiffness of the panel varies depending on the orientation within the plane of the panel. For the axis of the minimum value of "G" the expression u.c²/G.d has a value of 0.056 and for the axis of its maximum value the same expression has a value of 0.122. These two values are much smaller than the limit value 1 and indicate that the loudspeaker is not limited in its performance over the desired frequency band by core shear movements.

Aus diesen Berechnungen läßt sich folgern, daß ein Lautsprecher wie beansprucht mit Strahlerplatte in Form eines 1 m Quadrates aus dem oben im Detail dargelegten Material eine Frequenzbandbreite von 250 Hz bis 4 kHz hat, in welchem er eine hohe Konversionseffizienz und niedrige Störung zeigt würde. Es wird davon ausgegangen, daß eine solche Bandbreite befriedigend für eine öffentliche Lautsprecheranlage ist.From these calculations it can be concluded that a loudspeaker as claimed with a 1 m square radiator plate made of the material detailed above would have a frequency bandwidth of 250 Hz to 4 kHz in which it would exhibit high conversion efficiency and low interference. It is assumed that such a bandwidth is satisfactory for a public loudspeaker system.

Claims

1. Panel-shaped loudspeaker comprising:

a resonant multimode radiator element (1) which is a unitary composite plate with a transverse cellular structure made up of two outer material layers with a spacer core, the plate being such that the ratio of bending stiffness (B) in all orientations to the cube of the plate mass per unit surface area (u) is at least 10;

a fastening device (3) which supports the plate or fastens it to a support body (2) freely and undamped;

and an electromechanical drive (4, 5) coupled to the plate, which serves to excite a multimode resonance in the radiator plate according to an electrical input signal within an operating frequency band for the loudspeaker.

2. Panel-shaped loudspeaker according to claim 1, in which the multilayer plate constituting the radiator element (1) is such that the ratio B/u³ is at least 100.

3. A panel-shaped loudspeaker according to claim 1 or 2, wherein the outer layers and the core of the multilayer panel, which represents the radiator element (1), consists of aluminium or aluminium alloy.

4. Panel-shaped loudspeaker according to one of the preceding claims, in which the electromechanical drive (4, 5) is controlled with an electrical drive signal that has a fundamental frequency component beyond both the first resonance frequency and the coincidence frequency of the radiator element (1).