ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ ПАНЕЛЬНОГО ТИПА Российский патент 2000 года по МПК H04R1/02 

Изобретение относится к резонансным многомодовым излучающим элементам для громкоговорителей панельного типа. Более конкретно, рассматриваются резонансные многомодовые излучающие элементы, которые могут улучшить качество звука таких громкоговорителей путем сокращения случаев возникновения воздушного резонанса в пределах рабочей ширины полосы частот громкоговорителя.

В патенте США N 3247925 рассматривается низкочастотный громкоговоритель панельного типа, который работает путем возбуждения изгибающих волн в легкой жесткой панели, остающейся по существу стационарной за исключением изгибающих волн. Такие излучающие панели могут содержать покрытые оболочкой композиты с сердцевиной ячеистой структуры или сотовой сердцевиной похожей конфигурации.

Акустическое искажение в громкоговорителях панельного типа может возникать там, где в сердцевине панели возникает воздушный резонанс. В заявке N PCT/GB91/01262 на выдачу патента раскрыто, как можно уменьшить акустическое искажение этого типа путем обеспечения частоты возникновения первого воздушного резонанса внутри сердцевины панели более высокой, чем верхнее предельное значение рабочей частоты громкоговорителя. Эта частота f_core является функцией скорости звука с в воздухе и толщины d панели:
f_core = c/2d.

Данное выражение определяет толщину сердцевины панели согласно требуемой полосе рабочих частот громкоговорителя, причем требуемое верхнее предельное значение рабочей частоты громкоговорителя f_max обратно пропорционально толщине панели.

Можно показать, что второй уровень акустического искажения в громкоговорителях панельного типа возникает при определенных частотах внутри панели, когда возникает локализованный резонанс в оболочке непосредственно над индивидуальными ячейками сердцевины. Следствием этого локализованного резонанса оболочки является уменьшение действительной жесткости на изгиб панели громкоговорителя и, следовательно, эффективности излучения панели.

Настоящее изобретение обеспечивает резонансный многомодовый излучающий элемент для громкоговорителя панельного типа, имеющего верхнее предельное значение рабочей частоты f_max причем указанный элемент имеет оболочки толщиной h, с модулем Юнга E, коэффициентом Пуассона ν и плотностью материала ρ, и сердцевину ячеистой структуры с размером ячейки l_cell и отличается тем, что размер ячейки l_cell меньше значения выражения:

Можно показать, что первая резонансная частота f_skin для индивидуальной оболочки ячейки может быть предварительно вычислена путем согласования длины волны изгиба оболочки с двойным размером ячейки сердцевины. Так, для жесткости на изгиб B_skin, значения массы на единицу площади m_skin и размера ячейки l_cell первая резонансная частота оболочки f_skin может быть определена так:

Для изотропной оболочки толщиной h с модулем Юнга E, коэффициентом Пуассона ν и плотностью материала ρ она становится равной:

Таким образом, выбирая размер ячейки сердцевины так, чтобы обеспечить резонансную частоту оболочки f_skin большей, чем верхнее предельное значение рабочей частоты f_max громкоговорителя, в значительной степени можно понизить резонансный эффект. Из выражения (1) с учетом верхнего предельного значения рабочей частоты панели громкоговорителя, подходящий размер ячейки l_cell определяется выражением:

Так, уменьшение размера ячейки обеспечивает улучшение качества звука путем выбора частоты первого воздушного резонанса оболочки вне ширины полосы рабочих частот громкоговорителя. Поскольку эта частота обратно пропорциональна квадрату размера ячейки, то значительное улучшение достигается при небольших изменениях размера ячейки.

Настоящее изобретение предусматривает также громкоговоритель панельного типа, содержащий многомодовый излучающий элемент, который описан выше. Громкоговоритель дополнительно включает в себя средство установки для поддержки излучающего элемента или прикрепления его к поддерживающему основанию свободным, не демпфированным образом и средство электромеханического привода, связанное с панелью, которое служит для возбуждения многомодового резонанса в излучающем элементе в ответ на электрический входной сигнал в пределах полосы рабочих частот громкоговорителя.

Предпочтительно, чтобы все проектируемые размеры громкоговорителя были не меньше половины длины волны изгиба при наименьшем предельном значении рабочей частоты громкоговорителя.

Хотя в описании излучающего элемента и громкоговорителя cогласно этому изобретению в качестве подходящего наименования используется термин "громкоговоритель", следует понимать, что при этом не предполагается каких-либо ограничений, например только высококачественный громкоговоритель типа hi-fi. Правильнее сказать, изобретение применимо для громкоговорителей различных размеров от маленьких до очень больших, которые применяются, например, в крупномасштабных системах, предназначенных для публичных сообщений.

Выполнение сердцевины панели, согласно настоящему изобретению поясняется ниже на примере сердцевины панели, представляющей собой квадрат размером 0,5м х 0,5м, из покрытого алюминиевой оболочкой композита с алюминиевой сердцевиной ячеистой структуры. Толщина сердцевины равна 0,02 м и толщина каждой оболочки равна 0,003 м. Для алюминия E=7•10¹⁰, ρ = 2700 и ν = 0,3 (в системе единиц МКС), поэтому выражение приблизительно равно 3081,7 м/с. При желаемом верхнем предельном значении частоты 28 кГц, с учетом выражения (2) максимальный подходящий размер ячейки l_cell будет равен приблизительно 0,016 м.

Изобретение относится к резонансным многомодовым излучающим элементам для громкоговорителей панельного типа. Сущность изобретения: резонансный многомодовый излучающий элемент для громкоговорителей панельного типа с верхним предельным значением рабочей частоты f_max, имеющий оболочки толщиной h, с модулем Юнга Е, коэффициентом Пуассона ν, плотностью материала ρ, с сердцевиной сотовой структуры с размером ячейки l_cell, причем размер ячейки l_cell меньше значения выражения
Технический результат: обеспечивается снижение акустических искажений, вызываемых локальным резонансом в ячейках сердцевины панели. 2 с. и 1 з.п.ф-лы.

1. Резонансный многомодовый излучающий элемент для громкоговорителя панельного типа с верхним предельным значением рабочей частоты f_max, причем упомянутый излучающий элемент имеет оболочки толщиной h, с модулем Юнга Е, коэффициентом Пуассона ν и плотностью материала ρ и сердцевину ячеистой структуры с размером ячейки l_cell, отличающийся тем, что размер ячейки l_cell меньше значения выражения
2. Громкоговоритель панельного типа, содержащий многомодовый излучающий элемент, средство установки для поддержки излучающего элемента или прикрепления его к поддерживающему основанию свободным, не демпфированным образом и средство электромеханического привода, связанное с панелью, которое служит для возбуждения многомодового резонанса в излучающем элементе в ответ на электрический входной сигнал в пределах полосы рабочих частот громкоговорителя, отличающийся тем, что указанный многомодовый излучающий элемент является многомодовым излучающим элементом по п.1. 3. Громкоговоритель панельного типа по п.2, отличающийся тем, что все его проектируемые размеры не меньше половины длины изгиба при наименьшем предельном значении рабочей частоты громкоговорителя.