EA000640B1 - Панелевидный микрофон - Google Patents

Description

Изобретение относится к микрофонам, а более конкретно - к микрофонам, содержащим панелевидные акустические элементы.

Известно, что в заявке на патент Великобритании № 2262861 предложена панелевидная колонка, содержащая: резонансный многорежимный излучающий элемент, являющийся унитарной трехслойной панелью, образованной из двух оболочек материала с разделяющей их сердцевиной из поперечно-ячеистой конструкции, причем панель такова, что имеет отношение изгибной жесткости (В) при любых ориентациях к третьей степени массы панели на единичную площадь поверхности (μ), по меньшей мере, 10; установочное средство, которое поддерживает панель или свободно прикрепляет к ней поддерживающее тело без демпфирования; и средство электромеханического привода, связанное с панелью, которое служит для возбуждения многорежимного резонанса в излучающей панели в ответ на электрический входной сигнал в полосе рабочих частот колонки.

В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения используются элементы, характер, структуру и конфигурацию которых можно реализовать в общем и/или конкретно в соответствии с одновременно рассматриваемой международной заявкой того же заявителя, опубликованной под номером PCT/WG 97/09842, с той же датой подачи, что и данная заявка. Таким образом, эти элементы обладают способностью поддерживать и распространять входную вибрационную энергию изгибных волн в рабочей зоне (рабочих зонах), проходящей (проходящих) поперек толщины, зачастую (но необязательно) - до кромок элемента (элементов), имеют конфигурацию с анизотропией или без анизотропии изгибной жесткости, чтобы обеспечить наличие составляющих вибрации в режиме резонанса, распределенных по указанной зоне (указанным зонам) с выгодой для акустической связи с окружающим воздухом, и имеют заранее определенные места или точки в указанной зоне для преобразующего средства, причем их конкретно активная (активные) при эксплуатации или движущаяся (движущиеся) часть (части) эффективны применительно к акустической вибрационной активности в указанной зоне (указанных зонах) и к сигналам, обычно - электрическим, соответствующим акустическому содержанию такой вибрационной активности. В одновременно рассматриваемой международной заявке, опубликованной под номером PCT/WG 97/09842, с той же датой подачи, что и данная заявка, предусмотрено использование таких элементов в качестве «пассивных» акустических устройств или в таких устройствах без преобразующих средств, например, для реверберации или для акустической фильтрации, или для акустического «озвучивания» некоторого пространства или помещения, и в качестве «активных» акустических устройств или в таких устройствах с преобразующими средствами, например, в исключительно широком диапазоне источников звука или колонок, когда на них подаются входные сигналы, преобразуемые в звук, или в микрофонах, когда они подвергаются воздействию звука, преобразуемого в другие сигналы.

Это изобретение конкретно связано с активными акустическими устройствами в виде микрофонов.

Элементы, подобные вышеуказанным, здесь называются акустическими излучателями, работающими в распределенном режиме, и должны быть охарактеризованы аналогично вышеупомянутой публикации РСТ и/или, в противном случае, так, как конкретно указано в данном описании.

Изобретение представляет собой панелевидный микрофон, отличающийся тем, что содержит жесткий легковесный элемент, обладающий способностью поддерживать и распространять входную вибрационную энергию с помощью изгибных волн, по меньшей мере, в одной рабочей зоне, проходящей поперек толщины, чтобы иметь составляющие вибрации в режиме резонанса, распределенные по указанной, по меньшей мере, одной зоне, и иметь заранее заданные предпочтительные места или точки в указанной зоне для преобразующих средств, и имеющий преобразователь, установленный полностью и исключительно на указанном элементе в одном из указанных мест или точек для выработки сигнала в ответ на резонанс элемента вследствие вносимой акустической энергии. Этот элемент может быть установлен в окружающей раме посредством вставляемой упругой опоры. В местах или точках элемента можно установить два или более указанных преобразователя. Элемент может иметь ячеистую сердцевину, заключенную между наружными слоями. Единственный или каждый преобразователь может быть пьезоэлектрическим устройством.

Изобретение схематически иллюстрируется в качестве примера прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 изображает схему, на которой колонка, работающая в распределенном режиме, как описано и заявлено в одновременно рассматриваемой международной заявке, опубликованной под номером WO 97/09842;

фиг. 2а - частичное сечение по линии А-А, показанной на фиг. 1 ;

фиг. 2b - поперечное сечение в увеличенном масштабе через работающий в распределенном режиме излучатель того типа, который показан на фиг. 2а, и показывает две альтернативные конструкции;

фиг. 3 - схему конкретного варианта осуществления микрофона, работающего в распределенном режиме, в соответствии с настоящим изобретением; и фиг. 4 показывает перспективное изображение преобразователя вибрации.

На фиг. 1 изображена панелевидная колонка (81) такого типа, который описан и заявлен в одновременно рассматриваемой международной заявке того же заявителя, опубликованной под номером WO 97/09842, с той же датой подачи, что и данная заявка, содержащая прямоугольную раму (1), несущую упругую подвеску (3), окружающую ее внутреннюю периферию и служащую опорой работающей в распределенном режиме звукоизлучающей панели (2). Преобразователь (9), подробно описанный в одновременно рассматриваемых международных заявках того же заявителя, опубликованных под номерами WO 97/09859, WO 97/09861, WO 097/09858, с той же датой подачи, что и данная заявка, установлен полностью и исключительно на или в панели (2) в заранее определенном месте, определяемом размерами «х» и «у», причем положение этого места рассчитывается как описано в одновременно рассматриваемой международной заявке, опубликованной под номером WO 097/09842, для обеспечения внесения изгибных волн в панель, чтобы заставить панель резонировать для излучения акустического выходного сигнала. Преобразователь (9) приводится в действие усилителем (10), например, усилителем звуковой частоты, соединенным с преобразователем проводниками (28).

Нагрузка усилителя и требования к мощности могут быть совершенно стандартными, аналогичными обычным колонкам конусного типа, с чувствительностью порядка 86-88 дБ/Вт при условиях нагрузки в помещении. Полное сопротивление нагрузки усилителя является в основном резистивным при 6 Ом, с поддержанием мощности 20-80 Вт. Если сердцевина и наружные слои панели металлические, то их можно выполнить так, что они будут действовать как теплоотвод для преобразователя, чтобы отводить тепло из звуковой катушки преобразователя и таким образом улучшать управление мощностью.

На фиг. 2а и 2b изображены типовые частичные поперечные сечения через колонку (81), показанную на фиг. 1. На фиг. 2 а показано, что рама (1), упругая подвеска (3) и панель (2) соединены друг с другом соответствующими клеевыми соединениями (20). В число подходящих материалов для рамы входят легковесные рамы для картин из металла, полученные методом экструзии, например, из алюминиевого сплава или пластмассы. В число подходящих материалов для упругой подвески, входят упругие материалы, например, пенорезина и пенопласт. В число подходящих клеящих веществ для соединений (20) входят эпоксидные, акриловые, цианоакрилатные и т. д. клеящие вещества.

Фиг. 2 показывает в увеличенном масштабе, что панель (2) является жесткой легковесной панелью, имеющей сердцевину (22), например, из жесткого пенопласта (97), в частности, структурированного поливинилхлорида, или ячеистой матрицы (98), например, пористой матрицы из металлической фольги, пластмассы и т.п., с ячейками, проходящими поперек плоскости панели, и охваченной противоположными наружными слоями (21 ), например, из бумаги, кардной ленты, пластмассы или металлической фольги или листа. Если наружные слои выполнены из пластмассы, их можно армировать волокнами, например, из углеводорода, стекла, кевлара и т.п., способом, который сам по себе известен, чтобы увеличить их модуль упругости.

Таким образом, предусмотренные слоистые материалы оболочек и арматуры включают в себя волокна из углерода, стекла, кевлара (зарегистрированный товарный знак), номекса (зарегистрированный товарный знак), т.е. арамида, и т. д., в различных расположениях и переплетениях, а также бумагу, слоистые материалы с бумажным наполнителем, меламин и различные пленки из синтетической пластмассы с высоким модулем упругости, например, майлар (зарегистрированный товарный знак), каптан (зарегистрированный товарный знак), поликарбонат, фенольные, выполненные на основе сложных полиэфиров или относящиеся к ним пластмассы и армированные волокнами пластмассы, и т.д., и лист или фольгу из металла. Исследование качества по вектору жидкокристаллических полимерных термопластов показывает, что их можно использовать при литьевом формовании под давлением методом впрыскивания тонких наружных слоев или оболочек, скажем, диаметром до 30 см. Этот материал сам образует ориентированную кристаллическую структуру в направлении впрыскивания, которое определяет предпочтительную ориентацию для надлежащего распространения энергии звуковых частот от точки внесения к периметру панели.

Такое формование для этого и других термопластов позволяет при формовочной обработке определять и выполнять канавки или кольца для точного размещения деталей преобразователя, например, звуковой катушки, и магнитной подвески. Считается, что в дополнение к некоторым более изнашиваемым материалам сердцевины было бы выгодно предусмотреть местное увеличение толщины наружных слоев, например, в зоне или кольце с размером до 150% диаметра преобразователя, чтобы усилить эту зону и с выгодой подавать энергию вибрации в панель. За счет этого характеристика на верхних частотах улучшится с применением более мягких пенопластовых материалов.

В число материалов предусмотренного слоя сердцевины входят ячейки или гофры из листа или фольги из алюминиевого сплава или кевлар (зарегистрированный товарный знак), номекс (зарегистрированный товарный знак), простая или предназначенная для печатания различных документов бумага, а также вспениваемые пластики или пенопласты или пульповые материалы и даже металлы в форме аэрогелей, если у них достаточно низкая плотность. Некоторые подходящие материалы слоя сердцевины эффективно демонстрируют полезное самообразование поверхностных корок при их изготовлении и/или по какой-либо иной причине имеют достаточную собственную жесткость для использования без образования слоев из них между наружными слоями. Обладающий высокими эксплуатационными свойствами материал ячеистой сердцевины известен под торговым наименованием «Rohacell» и может быть пригоден в качестве излучающей панели без наружных слоев. В практическом смысле цель заключается в том, чтобы достичь общей легкости и жесткости, приемлемых для практических целей, что, в частности, предусматривает оптимизацию вкладов, вносимых сердцевиной и наружными слоями и переходами между ними.

В нескольких предпочтительных составах для панелей используются наружные слои из металла и сплава металлов или вместо этого арматура из углеродных волокон. В обоих этих случаях, а также в конструкциях с сердцевиной из сплава «аэрогель» или металлических ячеек, будет обеспечено наличие свойств значительного экранирования радиочастот, что должно быть важным в некоторых приложениях, предусматривающих электромагнитную совместимость (ЭМС). Обычные панелевидные или конусные колонки не обладают экранирующей способностью в смысле ЭМС.

Кроме того, в предпочтительной форме пьезо- или электродинамические преобразователи имеют пренебрежимо малое электромагнитное излучение или магнитные поля рассеяния. Обычные колонки обладают значительным магнитным полем на расстоянии до 1 м, если не приняты специальные меры противокомпенсации.

Если при некотором приложении важно поддерживать экранирование, можно осуществить электрическое соединение с проводящими частями подходящей DML-панели или можно использовать электропроводный пенопласт или аналогичную поверхность раздела для монтажа по краям.

Подвеска (3) может демпфировать края панели (2), чтобы предотвратить излишнее краевое перемещение панели. Кроме или вместо этого, можно применить дополнительное демпфирование, например, с помощью накладок, приклеенных к панели в выбранных положениях, чтобы демпфировать излишнее перемещение для равномерного распределения резонанса по панели. Накладки могут быть выполнены из материала на основе битума, обычно используемого в корпусах колонок, или могут быть выполнены из упругого или жесткого полимерного листового материала. Некоторые материалы, особенно бумага и кардная лента, и некоторые сердцевины могут быть самодемпфирующимися. Если это необходимо, можно увеличить демпфирование в конструкции панелей путем использования упруго отверждаемых, а не жестко отверждаемых клеевых веществ.

Осуществление указанного избирательного демпфирования включает в себя конкретное нанесение на панель, включая ее листовой материал, постоянно связанных с ней средств. В частности, края и углы могут быть важными для преобладающих и менее распределенных режимов низкочастотной вибрации панелей с этими краями и углами. Фиксация демпфирующих средств по краям может с выгодой привести к получению панели, в которой весь ее листовой материал заключен в раму, хотя такие углы зачастую могут быть относительно свободными, скажем, на требуемом протяжении для работы на более низких частотах. Другие формы полезного демпфирования, в частности, при более подходящих воздействиях и/или на средних и более высоких частотах, можно реализовать с помощью подходящей массы или масс, прикрепленных к листовому материалу в заранее заданных эффективных средних локализованных положениях указанной зоны.

Вышеуказанная панель является хорошим приемником звука, который возникает в виде акустической вибрации на панели. Предпочтительная легковесная конструкция панели способствует чувствительности, и вибрацию можно измерять с помощью одного, а предпочтительно нескольких простых преобразователей изгиба, например, из числа пьезопреобразователей, как описано ниже на фиг. 4. Совокупность преобразователей и положений размещения преобразователей оптимизирует величину связи вибраций, распределенных по панели, с желаемым электрическим выходным сигналом. Размещение следует осуществлять в положении (положениях) высокой модальной плотности внутри панели, тогда как сама панель должна иметь предпочтительную фактическую или эквивалентную геометрию, пригодную для хорошего модального распределения.

Звуковая энергия, вносимая в панель, преобразуется в вибрацию в свободном режиме. Эту вибрацию можно измерить с помощью оптических или электродинамических преобразователей вибрации, и результатом этого является микрофон. В некритических приложениях эффективен единственный датчик, размещенный в эквивалентной, оптимизированной точке привода в действие.

Для получения превосходного качества следует рассмотреть невозвратно-поступательную природу принципа преобразования. Уместно рассмотреть два фактора: во-первых, некоторое частотно-зависимое выравнивание для достижения плоской частотной характери7 стики, а во-вторых, необходимость проведения граничных замеров сложных вибраций акустической панели. Необходимы минимум три преобразователя; они могут быть недорогими пьезоэлектрическими изгибными датчиками, выходы которых соединены параллельно. Вместо этого можно нанести полимерные пьезопленки большей площади с имеющим надлежащую геометрию звукоснимателем, структурированным с возможностью ограничения зон объединения вибраций для требуемой оптимизации зависимости чувствительности от частоты.

Если речь идет об использовании в качестве микрофонов, то выгодно, чтобы панель была легкой для обеспечения наилучшего согласования между полным сопротивлением излучения воздуха и панели. Наивысшая чувствительность достигается с помощью панелей наименьшей массы. В случае единственного преобразователя расчет теоретической модели указывает место в углу панели, поскольку все вибрационные режимы «озвучиваются» в углах.

Фиг. 3 изображает работающую в распределенном режиме панель (2), соответствующую настоящему изобретению, например того типа, которая показана на фиг. 1 и 2, предназначенную для использования в качестве приемника звука или микрофона. Хотя на чертеже это не показано, панель (2) установлена в окружающей ее раме (1 ) и прикреплена к этой раме посредством гибкой подвески (3) способом, показанным на фиг. 1 и 2. Рама свисает на паре проводов (33), например с потолка, или является рамой, установленной на полу (не показана).

Панель несет на себе группу из четырех вибрационных преобразователей (63), расставленных по панели, которые могут быть пьезоэлектрическими преобразователями типа того, что изображен на фиг. 4 и описан ниже, и кото-

Фиг. 1 рые соединены параллельно для привода в действие приемника сигнала и предварительного формователя (65), подключенного в выходу (66).

Фиг. 4 изображает преобразователь (9) для работающей в распространенном режиме панели (2) в виде кристаллического дискообразного изгибного пьезоэлектрического датчика (27), установленного на диске (118), например из латуни, который приклеен к лицевой поверхности панели (2), например посредством клеевого соединения (20). В процессе эксплуатации акустический сигнал, подаваемый на преобразователь (9) по проводам (28) заставит пьезодиск (27) изгибаться и таким образом осуществлять местную деформацию панели (2) со внесением изгибных волн в панель.

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1 . Панелевидный микрофон, отличающийся тем, что содержит акустический элемент распределенного режима, на котором установлен, по меньшей мере, один преобразователь, вырабатывающий сигнал при резонансе элемента, вызванном оказываемым на элемент акустическим воздействием.
2. 2. Панелевидный микрофон по п.1, отличающийся тем, что элемент установлен в окружающей его раме посредством упругой подвески.
3. 3. Панелевидный микрофон по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что элемент имеет ячеистую сердцевину, заключенную между наружными слоями.
4. 4. Панелевидный микрофон по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что каждый преобразователь является пьезоэлектрическим элементом.