CZ20003640A3 - Akustické zařízení - Google Patents

Abstract

Podle jednoho aspektuje řešením akustické zařízení, například reproduktor (1), sestávající z vícevidového akustického vyzařovacího panelu (5), opatřeného protilehlými stranami, vibračním budičem (4), uspořádaným k vyvozování kmitání pomocí ohybových vln na rezonanční panel, k vytváření akustického výstupu, a prostředkem vymezujícím dutinu, obklopující alespoň částjedné strany vyzařovacího panelu (5), a uspořádanou k potlačení akustického vyzařování z uvedené části strany vyzařovacího panelu (5), přičemž dutina je taková, že upravuje módové chování panelu. Podle druhého aspektuje řešením způsob úpravy módového chování akustického zařízení s rezonančním panelem s ohybovými vlnami, přičemž se rezonanční panel umístí do těsné blízkosti s okrajovým povrchem, pro vymezení rezonanční dutiny mezi nimi.

Description

Oblast technlky

Vynález se týká akustických zařízení, a obzvláště, ale ne výlučně, reproduktorů se zabudovanými rezonančními vícevidovými akustickými vyzařovacími panely, například typu popsaného v naší mezinárodní patentové přihlášce W097/09842. Reproduktory popsané v přihlášce W097/09842 jsou známé jako reproduktory s rozloženými vidy.

Reproduktory s rozloženými vidy (DML) jsou obvykle spojeny s tenkými, lehkými a plochými panely, které vyzařují akustickou energii rovnoměrně z obou stran a komplexním difúzním způsobem. I když je to výhodný charakteristický znak reproduktorů s rozloženými vidy, ve skutečnosti existují nejrůznější situace, v nichž na základě těchto použití a jejich mezních požadavků by se dávala přednost monopolárnímu tvaru reproduktorů s rozloženými vidy.

Při takových použitích může být výrobek s výhodou lehký, tenký a neomezený.

Dosavadní stav techniky

Z mezinárodní patentové přihlášky WO97/09842 je známo upevnění vícevidového akustického vyzařovacího panelu do poměrně mělké utěsněné skříňky, čímž se potlačí akustické vyzařování z jedné strany vyzařovacího panelu. V této souvislosti by mělo být uvedeno, že výraz „mělký¹¹' se v tomto kontextu týká typických proporcí budící jednotky reproduktoru

- 2 • φφ φφφ φφφ φφ φφφ φφφφ φφ φ φ · · « φ • φ φ · · · * • ΦΦ φφ ·« φφ pístového typu v objemově účinném pouzdru. Typický poměr objemu k ploše pístové membrány může být 80:1, vyjádřeno v ml na cm². Mělké pouzdro pro rezonanční panelový reproduktor, kde má pístové buzení soustředěného vzduchu malou důležitost, může mít poměr 20:1.

Podstata vynálezu

Akustické zařízení podle vynálezu sestává z vícevidového akustického rezonátoru nebo vyzařovacího panelu, opatřeného protilehlými stranami, a prostředkem vymezujícím dutinu, obklopující alespoň část jedné strany panelu, a uspořádanou k potlačení akustického vyzařování z uvedené Části strany panelu, přičemž dutina je taková, že upravuje módové chování panelu. Dutina může být utěsněna. Může zde být uspořádán vibrační budič, k vyvozování kmitání pomocí ohybových vln na rezonanční panel, k vytváření akustického výstupu, takže toto zařízení pracuje jako reproduktor.

Ro2měr dutiny může být takový, aby dutina mohla upravovat módové chování panelu.

Dutina může být mělká. Dutina může být dostatečně mělká, aby vzdálenost mezi vnitřní stěnou dutiny, přiléhající k uvedené jedné straně panelu, a mezi touto jednou stěnou panelu byla dostatečně malá, aby způsobila fluidní připojení k panelu. Rezonanční vidy v dutině mohou sestávat z příčných vidů, rovnoběžných s panelem, t.j., provádějící modulaci podél panelu, a z kolmých vidů, v pravém úhlu k panelu. Dutina je zejména dostatečně mělká tak, aby příčné vidy (X, Y) byly významnější v módovém chování panelu než kolmé vidy (Z). V těchto provedeních mohou kmitočty kolmých vidů ležet mimo

9 • · • · · · · · · · · · * 9 4 9 9 4 9 4 • 94 44 44 44

9

999 99 příslušný kmitočtový rozsah.

Poměr objemu dutiny k ploše panelu (ml/cm²) může být menší než 10:1, například v rozsahu asi 10:1 až 0,2:1.

Panel může být ohraničen ve svých okrajích obecné běžným pružným okrajem. Tento okraj může připomínat válcový okraj běžné pístové budící jednotky a může obsahovat jeden nebo více žlábků. Pružný okraj může sestávat z pásků z pěnové gumy.

Alternativně mohou být okraje panelu upnuty v pouzdru, například, jak je popsáno v naší současně vyřizované mezinárodní patentové přihlášce PCT/GB99/00848, ze dne 30.března 1999.

Takové pouzdro může být považováno za mělkou misku, obsahující fluidní médium, přičemž může být uvažováno, že 'se jeho povrch chová jako vlny, přičemž jeho specifické vlastnosti záleží jak na tomto médiu (vzduchu), tak na rozměrové nebo objemové geometrii uvedeného pouzdra. Panel se umístí do přímého kontaktu s tímto aktivním vlnitým povrchem, a buzení povrchu vln tohoto panelu budí fluidní médium. A naopak, vlastnosti přirozených vln tohoto fluidního média jsou v interakci s panelem, a tak upravují jeho chování. To je komplexně spojená soustava s novými akustickými vlastnostmi v této oblasti.

Může se dosáhnout jemných změn módového chování panelu uspořádáním zvukové přepážky, například jednoduché ozvučnice v pouzdru, a/nebo se může provádět v pouzdru selektivní pohlcování kmitočtu.

Dalším aspektem tohoto vynálezu je způsob úpravy módového chování reproduktoru s rezonančním panelem nebo rezonátoru, spočívající v tom, že rezonanční panel se umístí do těsné blízkosti s okrajovým povrchem, pro vymezení rezonanční dutiny mezi nimi.

• ·· • · fefe

fe • fefe • · · fe • fefe · • fefe · • fe ··

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde na obr. 1 je v řezu znázorněno první provedení rezonančního panelového reproduktoru s utěsněným pouzdrem, na obr. 2 je v řezu a ve zvětšeném měřítku znázorněn detail provedení z obr. 1, na obr. 3 je v řezu znázorněno druhé provedení rezonančního panelového reproduktoru s utěsněným pouzdrem, na obr. 4 je znázorněna polární odezva volného vyzařování reproduktoru s rozloženými vidy (DML) na obou stranách, na obr. 5 je znázorněno srovnání mezi hladinou akustického tlaku (SPL) ve volném prostoru (plná čára) a u reproduktoru s rozloženými vidy (DML) uspořádaného 35 mm od stěny (tečkovaná čára], na obr. 6 je znázorněno srovnání mezi akustickým výkonem reproduktoru s rozloženými vidy (DML) ve volném prostoru (tečkovaná čára), a mezi zvukovou přepážkou kolem panelu, mezi přední a zadní stranou, na obr. 7 je znázorněn reproduktor podle vynálezu, na obr. 8 je znázorněna soustava panelu pro reproduktor s rozloženými vidy (DML), na obr. 9 je znázorněno spojení součástí, na obr. 10 je zobrazena vlastni funkce jediné desky, na obr. 11 jsou znázorněny velikosti kmitočtové odezvy prvních deseti vidů panelu ve vakuovém provedení, na obr. 12 jsou znázorněny velikosti kmitočtové odezvy týchž vidů v reproduktoru podle tohoto provedení .vynálezu, na obr. 13 je znázorněn účinek pouzdra na spektrum rychlosti v panelu, na obr. 14 jsou zobrazeny tvary dvou vidů, na obr. 15 je znázorněna kmitočtová odezva reaktance, na obr. 16 je zobrazeno měření rychlosti v panelu, na obr. 17 je znázorněn mikrofon nastavený k měření, na obr. 18 je znázorněna mechanická impedance pro různé panely, na obr. 19 je znázorněna výkonová charakteristika různých panelů, na obr. 20 je znázorněna • · ·· ·· · · · · ·♦.··..·

- 5 polární odezva různých panelů, na obr. 21 je znázorněn mikrofon nastavený k měření vnitřního tlaku v pouzdru, na obr. 22 je znázorněn obrys vnitřního tlaku, na obr. 23 je znázorněn vnitřní tlak měřený s použitím seskupení z obr. 21, na obr. 24 je znázorněna rychlost a přesouvání v různých panelech, na obr. 25 je znázorněno spektrum rychlosti v panelu A5, ve volném a uzavřeném prostoru, na obr. 26 je znázorněno spektrum rychlosti v jiném panelu A5, ve volném a uzavřeném prostoru, na obr. 27 je znázorněna výkonová charakteristika panelu A2 v pouzdru o dvou hloubkách a na obr. 28 je zobrazena korekce za použití propustí (filtrů).

Příklady provedeni vynálezu

Na výkrese, a obzvláště na obr. 1 a 2, je znázorněn reproduktor- 1 s utěsněným pouzdrem, sestávající ze skříňového pouzdra 2, uzavřeného na svém čele rezonančním akustickým vyzařovacím panelem 5, typu, který je popsán v přihlášce WO97/O9842, pro vymezení dutiny 13. Vyzařovací panel 5 je buzen vibračním budičem £, a je utěsněn v pouzdru 2 kolem svého obvodu pružným závěsem _6. Závěs jS sestává z protilehlých pružných pásků 7, například z pěnové gumy, upevněných v příslušných rámových sekcích 9, 10, ve tvaru písmene „L, které jsou vzájemně drženy upínacím prostředkem 11 pro vytvoření rámu 8_. Na vnitřní straně 14 zadní stěny 3 pouzdra 2 jsou vytvořena výztužná žebra 12, pro minimalizování vibrací zadní stěny 3. Pouzdro může být vytvořeno jako plastový výlisek nebo odlitek, se zabudovanými výztužnými žebry.

Panel v tomto provedení může mít velikost A2 a hloubka dutiny 13 může být 90 mm.

Provedení reproduktoru na obr. 3 je obecně podobné, jako provedení na obr. 1 a 2, ale zde je vyzařovací panel 5 upevněn na jediném pružném páskovém závěsu 6, například z pěnové gumy, vloženém mezi okraj vyzařovacího panelu 5 a pouzdro, pro utěsnění dutiny. Vyzařovací panel 5 může mít velikost A5 a hloubka dutiny může být asi 3 nebo 4 mm.

Bude příznivě vyhodnoceno, i když se provedení podle obr. 1 až 3 týkají reproduktorů, že bylo rovněž možné vytvořit akustický rezonátor pro úpravu akustického chování v prostoru, například ve schůzovní místnosti nebo v auditoriu, za použití zařízení obecného typu podle obr. 1 až 3, ale s vynecháním vibračního budiče

Bylo prokázáno, že panel v tomto uspořádání může vytvářet velmi výhodnou šířku kmitočtového pásma s docela malým objemem pouzdra vzhledem k velikosti membrány, v porovnání s pístovými reproduktory. Mechanismus způsobující minimální interakci tohoto ohraničení s činností rozložených vidů byl přezkoušen a bylo dále prokázáno, že obecně jednoduchá pasivní vyrovnávací síť může být vše, co je vyžadováno k vytvoření ploché výkonové charakteristiky. Také bylo dokázáno v tomto předvedení, že reproduktor s rozloženými vidy (DML) může vytvářet téměř ideální polokulový diagram směrovosti v rozsahu svého pracovního kmitočtu do prostoru 2π.

Je zde představeno kompaktní řešení, což je výsledkem vyřešení rovnic ohybových vln pro spojenou soustavu kombinace panelu a pouzdra. Je odvozena soustava funkce akustické impedance a dále se použije k výpočtu účinku spojeného krytu na vlastní kmitočty, a předpověď příslušných posunutí a přičítání k deskovým vidům.

Nakonec se zkoumají experimentálně naměřené údaje řady φ

φ ·

• φ φ · φφφ vzorků různých celkových parametrů a rozměrů a měřeni se porovnává s výsledky z analytického modelu.

Na obr. 4 je znázorněna typická polární odezva volného reproduktoru s rozloženými vidy (DML). Je třeba poznamenat/ že sníženi tlaku v rovině panelu je způsobeno zrušovacím účinkem akustického vyzařování na okrajích nebo blízko okrajů. Když se umístí volný reproduktor s rozloženými vidy (DML) blízko okraje, zejména rovnoběžně s okrajovým povrchem, nastává akustická interference, když je vzdálenost k tomuto povrchu snížena asi pod 15 cm, pro panel s přibližnou povrchovou plochou 500 cm². Tento účinek se mění, co do své vyhraněnosti a povahy, se vzdálenosti k okraji, a rovněž s velikostí panelu. Výsledkem je nicméně konstantní snížení rozsahu nízkého kmitočtu, maximální úroveň odezvy v nižších středních oblastech, a určitý dozvuk ve středním rozsahu a nižších výškových registrech, jak je znázorněno v příkladu podle obr. 5. Z toho důvodu, a bez ohledu na skutečnost, že tato maximální úroveň může být snadno kompenzována, použití „volného reproduktoru s rozloženými vidy (DML) poblíž okraje se stává spíše omezené.

Jestliže se reproduktor s rozloženými vidy (DML) umístí do uzavřené skříňky nebo do takzvané „nekonečné ozvučnice s dostatečně velkým objemem, je potlačeno vyzařování vlivem zadní části panelu, a v přední části se obecně zvýší ve svém střední a nízkofrekvenční odezvě, s využitím dvou aspektů. První je způsoben neexistencí účinku interference, vlivem předního a zadního vyzařování, v kmitočtech, jejichž akustické délky vln ve vzduchu jsou srovnatelné s rozměry volného panelu; a druhý oď středního do nízkého kmitočtu okrajovým vyztužením, vlivem deskové ozvučnice a vyzařování do prostoru 2π, viz ·

•« ·

- 8 • · ·Φ· ·« • · · · * « • · « * ·* ·· obr. 6. Zde si můžeme povšimnout, že se dosáhne zvýšení téměř 20 dB při 100 Hz u panelu o povrchové ploše 0,25 m².

I když je to jasná výhoda v maximalizování šířky kmitočtového pásma, neměla by se zavádět do praxe, ledaže by samotné použití poskytovalo takové řešení. Vhodná použití zahrnují stropní deskové reproduktory a běžné instalace do stěn.

V dalších ostatních použitích může být jasnou výhodou využít výhodného uspořádání „nekonečné ozvučníce („infinite baffle -IB), bez luxusu velkého objemu vzduchu uzavřeného za panelem. Taková použití mohou mít také výhodu vycházející z celkově tenkého a lehkého provedení reproduktoru. Jedním cílem tohoto vynálezu je, vysvětlit tento typ uspořádání a nabídnout analytická řešení.

Podstatný objem prací podporuje konvenční pístové reproduktory v nej různějších provozních režimech, obzvláště v předpokladu jejich nízkofrekvenčního průběhu při použití v pouzdru. Je pozoruhodné, že reproduktory s rozloženými vidy byly vyvinuty docela nedávno, a jako takové nejsou skutečně dokonale známé jako východisko, které by pomohlo v odvození řešení podobných analýz. Z čehož plyne, že byl převzat přístup, vytvářející soubor řešení pro reproduktory s rozloženými vidy (DML), uspořádané v nejrůznějších mechanicko akustických podmínkách interference, včetně zatížení s malým pouzdrem.

Tato soustava, na základě analýzy je schematicky znázorněna na obr. 7. V tomto příkladě vyzařuje přední strana panelu do volného prostoru, i když druhá strana je zatížena pouzdrem. Tato spojená soustava může být povazována za síť rychlostí a tlaků, jak je znázorněno v blokovém diagramu na obr. 8. Jednotlivými součástmi jsou zleva doprava, elektromechanická budící sekce, módová soustava panelu a akustické soustavy.

Normální rychlost pole ohybových vln napřič vibračním panelem způsobuje jeho akustické vyzařování. Toto vyzařování dále vede k reakční síle, která upravuje vibrace panelu. V případě rovnoměrného vyzařování reproduktoru s rozloženými vidy (DML) z obou stran, vyzařovací impedance, tvořící reakční prvek, je normálně bezvýznamná ve srovnání s mechanickou impedancí panelu. Když však panel vyzařuje do malého pouzdra, účinek akustické impedance, způsobený jeho zadním vyzařováním, není už malý, a ve skutečnosti bude upravovat a pomáhat v rozsahu modality panelu.

Toto spojení, jak je znázorněno na obr. 9, je ekvivalentní mechanicko akustické soustavě s uzavřenou smyčkou, v níž reakční akustický tlak je způsoben rychlostí ve vlastním panelu. Tento tlak upravuje rozložení vidů pole ohybových vln, což má zase účinek na odezvu akustického tlaku a směrovosti panelu.

Pro výpočet směrovosti a ke kontrole sil a proudění v této soustavě je nutné, řešit rychlost v desce. Této odezvy akustického tlaku vzdáleného pole může být potom dosaženo pomocí Fourierovy transformace této rychlosti, jak je popsáno v článku autorů, Panzer,J. a Harris,N. o názvu „Distributed Mode Loudspeakre Radiation Simulation (Simulace vyzařování reproduktoru s rozloženými vidy), uvedeném na 105. konferenci AES, v San Francisku 1998, pod číslem 4783. Tyto síly a proudění mohou být potom zjištěny pomocí síťové analýzy. Tento problém může být přiblížen vývojem rychlostí a tlaků celkové soustavy, pokud jde o vlastní funkce (3, 4) panelu ve vakuovém provedení, jak je vysvětleno v publikaci autorů, Cremer,L., Heckl,M. Ungar,E, o názvu, „Structure-Borne Sound (Zvuk šířený pevnou hmotou), vydané v nakladatelství Springer 1973, a autora Blevins,R.D., o názvu „Formulars for Natural Frequency and Mode • · · · • · « 9 ·

♦ ·· »· • * · 4 4 • 4 9 4 *» ··

Shape (Formuláře pro přirozený kmitočet a tvar vidů), vydané nakladatelstvím Malabar 1984. Například rychlost v každém místě panelu může být vypočítána z rovnice (1).

i-0

Íl)

Tato řada představuje řešení diferenciální rovnice, popisující ohybové vlny v desce, rovnice (2), ve spojení s elektromechanickou sítí soustředěných prvků, a rovněž s jejími bezprostředními akustickými omezeními.

(2)

L_s je diferenciální operátor tuhosti v ohybu čtvrtého řádu v osách x a y, v je kolmá složka rychlosti ohybových vln, μ je hmota na jednotku plochy a ω je budící kmitočet. Panel je rušen mechanickým budícím tlakem a akustickým reakčním tlakovým polem p_a, viz obr. 7.

Každý člen této řady v rovnici (1) se nazývá rychlost vidů nebo zkráceně „vid. Modelová dekompozice je zobecněná Fourierova transformace, jejíž vlastní funkce Φ_ρι rozdělují ortogonální vlastnost se sinovými a kosinovými funkcemi, spojenými s Fouríerovou transformací. Ortogonální vlastnost je nezbytná podmínka k umožnění vhodných řešeni diferenciální rovnice (2) . Soubor vlastních funkcí a jejich parametrů byl získán z homogenní verze rovnice (2), t.j. po vypnutí budících sil. V tomto případě může panel pouze vibrovat ve svých přirozených kmitočtech nebo tak zvaných vlastních kmitočtech, wí , pro splnění okrajových podmínek.

V rovnici (1) je výraz (_{Xf y)} hodnota vlastní funkce • *· • · « » ♦ 9 · • * · • · · • · » ««· • ♦ · 4 • · · I • · « I ·♦ «« i-té desky v poloze, kde je pozorována rychlost. Výraz fa» (xo, yo) je vlastní funkce v poloze, kde působí budící síla F_Pi ₍-j_O) na panel. Budící síla zahrnuje přenosové funkce elektromechanických složek spojených s budícím ovládacím prostředkem v (x_o, y₀) , jako jsou například budiče, závěsy, atd. Jelikož budící síla závisí na rychlosti v panelu a budícím bodě, existuje podobná zpětná vazba, jako u mechanicko akustického spojení, v budícím bodě (bodech), i když tento účinek je v praxi malý.

Na obr. 10 je znázorněn příklad rozložení velikosti rychlosti vlastní funkce jediné desky, napříč panelu s reproduktorem s rozloženými vidy (DML). Černé čáry jsou uzlové čáry, kde je nulová rychlost. Se vzrůstem indexu vidů se diagram rychlosti stává stále složitější. Pro středně veliký panel musí být zahrnuto přibližně 200 vidů, pro pokrytí zvukového rozsahu.

Admitance vidů Y_pi je váhová funkce vidů a vymezuje s jakou amplitudou a v jaké fázi se r-tý vid účastní výsledku v rovnici (1) . Výraz Y_Pi, jak je popsán v rovnici (3) závisí na budícím kmitočtu, vlastní hodnotě desky, a jako nejdůležitější v tomto popisu, na akustické impedanci pouzdra, společně s impedancí, způsobenou vyzařováním volného pole.

^Ypi(S) s_p - dpi

R_Pi sj+sp.dpj+γ^ (3)

S_p - s/a>p je Laplaceův kmitočet měnitelně normalizovaný pro základní kmitočet panelu, 6% , který zase závisí na tuhosti v ohybu K_p a hmotě Λζ» panelu, totiž cfa² = Kp/Mp. Rp± je vidový odpor způsobený materiálovými ztrátami a popisuje hodnotu Xpí P^ři rezonanci, kde Sp = fai. fai je měřítko a je funkcí • ··

Φ φ Φ · • φ · ··« φφ φ φ • φ φφ φφ φ

φφφ φφ vlastní hodnoty Λρί i-té desky a celkové vyzařovací impedance 2_ωϊ, jak je popsáno v rovnici (4).

Ypi(S) ⁺ Sp (ja)

Kp-Mp (4)

V případě vakua = 0} se druhý člen v rovnici (3) stává přenosovou funkcí druhého řádu s tlumícím činitelem d_Pi. Na obr. 11 jsou znázorněny velikosti kmitočtové odezvy Y_{pl (}j_a} prvních deseti vidů panelu ve vakuovém provedení, upnutého na svých okrajích. Panelové vlastní kmitočty jsou koincidenční s vrcholy těchto křivek.

Jestliže se nyní tentýž panel upevní do pouzdra, budou vidy nyní pouze přesunuty ve svém kmitočtu, ale také budou upraveny, jak je znázorněno na obr. 12. To nastane jako výsledek interakce mezi dvěma soustavami vidů panelu a pouzdra, kde admitance vidů celé soustavy již není funkcí druhého řádu, jako v případě panelu ve vakuovém provedení. Ve skutečnosti by jmenovatel v rovnici (3) mohl být rozšířen na mnohočlen vyššího řádu, který bude vyjadřovat výslednou rozšířenou charakteristickou funkci.

Grafy kmitočtové odezvy na obr. 13 znázorňují účinek pouzdra na celkové spektrum rychlosti v panelu. Dvě křivky kmitočtové odezvy jsou vypočítány při identických budících podmínkách, avšak levý graf zobrazuje případ ve vakuu, zatímco pravý graf znázorňuje rychlost, kde obě strany panelu jsou zatíženy pouzdrem. V tomto případě bylo použito dvojité pouzdro, pro vyloučení vyzařovací impedance vzduchu. Místo pozorování je v budícím bodě budiče. V pravém diagramu je jasně viditelný účinek posunutí vlastního kmitočtu panelu k vyšším kmitočtům, což bylo také patrno na obr. 12. Je pozoruhodné, že v důsledku vlivu pouzdra a následného nárůstu počtu a hustoty

- 13 «4 ·· 444 4 φ • · 4 4 4 4 4 ••4 44 44 44 vidů se dosáhlo rovnoměrněji rozložené křivky popisující spektrum rychlosti.

Mechanická vyzařovací impedance je poměr reakční síly# způsobené vyzařováním, a rychlosti v panelu. Pro jediný vid může být vyzařovací impedance považována jako konstantní napříč plochou panelu a může být vyjádřena jako akusticky vyzařovaná síla Poí jediného vidu. Tedy vyzařovací impedance i-této vidu může být popsána rovnicí (5) .

< Ví > je střední rychlost napříč panelu spojená s i-tým videm. Jelikož tato hodnota je kvadratická, a proto je vždycky kladná a reálná, vlastnosti vyzařovací impedance' Ζ_αα± přímo souvisejí s vlastnostmi akustického výkonu, což je obecně komplexní hodnota. Reálná část výrazu P^ se rovná vyzařovanému výkonu vzdáleného pole, který přispívá k odporové části výrazu Zmaii působící tlumení rychlostního pole panelu. Imaginární část výrazu P&l j © způsobena mechanismem na ukládání energie spojené soustavy, přispívající ke kladné nebo záporné hodnotě reaktance ^inai ·

Kladná reaktance je způsobena přítomností akustické hmoty. To je typické, na příkladu vyzařováni do volného prostoru. Záporná reaktance 2^ na druhé straně označuje přítomnost utěsněného pouzdra s ekvivalentní tuhostí. Ve fyzikálním smyslu je vyzařovací impedance „hmotnostního typu způsobena pohybem vzduchu bez stlačení, zatímco impedance „pružinového typu je způsobena stlačením vzduchu bez jeho přesunutí.

Základním účinkem imaginární Části vyzařovací impedance je přesunuti vlastních kmitočtů panelu ve vakuovém provedení.

• · • · · • · ·♦· *«

Kladná reaktance Z_m4i (hmota) způsobí přesunutí vlastních kmitočtů v desce směrem dolů, zatímco záporná reaktance (tuhost) posune vlastní kmitočty směrem nahoru. V daném kmitočtu určuje samotný vid pro desky, jaký účinek bude dominantní. Tento jev je vysvětlen v diagramu na obr. 14, který znázorňuje, še symetrické tvary vidů způsobují stlačení vzduchu, „pružinové chování, zatímco asymetrické tvary posouvají vzduch ze strany na stranu, a přispívají k akustickému „hmotnostnímu chování. Nové vidy, které nejsou přítomny v žádné soustavě, když jsou oddělené, jsou tvořeny interakcí reaktancí panelu a pouzdra.

Na obr. 15 je znázorněna kmitočtová odezva imaginární části vyzařovací impedance pouzdra. Levý diagram zobrazuje reaktanci „pružinového typu, typicky vytvářenou symetrickým videm panelu. Až k prvnímu vlastnímu kmitočtu pouzdra je reaktance většinou záporná. Ve vlastních kmitočtech panelu ve vakuovém provedení, které jsou v rámci kmitočtové oblasti, jsou přesunuty nahoru. Naproti tomu pravý diagram zobrazuje průběh reaktance „hmotnostního typu, typicky vytvářenou asymetrickým videm panelu.

Jestliže je pouzdro utěsněno a má tuhou stěnu, rovnoběžnou s povrchem panelu, jako je to zde v našem případě, potom mechanická vyzařovací impedance pro i-tý vid desky je podle rovnice (6) :

kzfn,!) ‘^sn (k₂(itj) -Ljj)

(6) ψα^,ΐ) je spojovací integrál, který bere v úvahu průřezové okrajové podmínky a zahrnuje vlastní funkce desky a pouzdra. Index i v rovnici (6) je počet vidů v desce; L_4Z je

- 15 • · »·· ·· ·· ·· hloubka pouzdra; {kolmo k panelu) rovnicí (7):

a k_z je počet složek vidových vln ve směru z Pro tuhé obdélníkové pouzdro je k_z popsáno

	Γ/. \2
.7	fk-π t	i-π
kz *	—· +
1
	L

(7)

Znaky kal jsou počty příčných vidů v pouzdru ve směru x a y, přičemž L_dx a L_ey jsou rozměry pouzdra v této rovině. Aj je plocha panelu a Aj je plocha průřezu pouzdra v rovině x a y.

Rovnice (6) znázorňuje složitou funkci, která podrobně popisuje interakci vidů panelu a vidů pouzdra. Pro pochopení smyslu tohoto vzorce, bude zjednodušen vázáním této soustavy jenom na první vid panelu a na panely ve směru osy z pouzdra (k=l=0). Výsledkem bude následující zjednodušený vztah:

A'² ^maO^-j-Za-r^-COtCkj-L^) (8)

Rovnice (8) vyjadřuje velmi dobře známou impedanci budícího bodu uzavřeného kanálku (6). Jestliže je výrobek k_z.L_d2 « 1, potom může být provedeno další následující zjednodušení:

-A^{2 1 0} ί·ω·0₃„ (9) kde C& = V_b/ (p_a.cj) je akustická poddajnost pouzdra s objemem V_h. Rovnice (9)je nízkofrekvenční model soustředěného prvku pouzdra. Jestliže je zdrojem tuhý píst o hmotě se zavěšením s poddajností C_m9, potom základní „vid má vlastní hodnotu λρ₀- 1 a měřítko spojené soustavy z rovnice (4) se stává dobře známým vztahem, jak je znázorněno v rovnici (10)[1].

• 9

9 ·· ·

• 99 99

9

(10) s ekvivalentní mechanickou poddajností objemu vzduchu C«b = C_ai,/Ao ² pouzdra.

Byly provedeny různé testy pro zjištění účinku mělkého zpětného pouzdra na reproduktory s rozloženými vidy (DML). Kromě toho, pro obecné pochopení chování panelu pro reproduktory s rozloženými vidy (DML) v pouzdru, byly určeny tyto výzkumy k tomu, aby napomohly k ověření teoretického modelu a vytvoření rozsahu, k němuž jsou takové modely přesné pro předpovídání chování spojeného systému vidů panelu pro reproduktory s rozloženými vidy (DML) a jeho pouzdra.

Dva panely pro reproduktory s rozloženými vidy (DML) různých rozměrů a objemových vlastností byly vybrány jako předmět našeho testování. Bylo rozhodnuto, aby tyto panely měly jednak dostatečně odlišný rozměr, a jednak vhodný rozdíl objemových vlastností, k pokrytí velkého rozsahu měřítka. První sada panelů „A” byla vybrána jako malý panel velikosti A5, o rozměrech 149 mm x 210 mm, se třemi různými objemovými vlastnostmi. Byly to A5-1 s polykarbonátovým povlakem na polykarbonátovém voštinovém jádru; A5-2 karbonová vlákna na jádru z Rohacelu; a A5-3 Rohacel bez povlaku. Druhá sada „B byla vybrána jako osminásobně velký panel, přibližně velikosti A2, o rozměrech 420 x 592 mm. A2-1 byl konstruován s povlakem ze skleněných vláken na polykarbonátovém voštinovém jádru, zatímco A2-2 povlakem z uhlíkových vláken na hliníkovém voštinovém jádru. Tabulka 1 uvádí objemové vlastnosti těchto předmětů. Ovládání bylo dosaženo jediným elektrodynamický posuvným cívkovým budičem v optimální poloze. Byly použity dva typy budičů, které se nejlépe hodí k velikosti testovaného

- - . - v v « » ·· · * a··· • · aa aa aaa aa a • •a aaa a · · a ••a aa tat aa aa a* panelu. V případě panelů o velikosti A2 byl použit budič 25 mm s Bl = 2,3 Tm, Re = 3,7 Ω a Le = 60 μΗ, zatímco 13 mm model byl použit v případě menších panelů o velikosti Bl = 1,0, Re =

7,3 Ω a Le = 36 μΗ.

panel	typ	B (Nm)	μ (kg/m2)	Zm (Ns/m)	velikost mm
A2-1	sklo na jádru PC	10,4	0,89	24,3	5 x 592 x 420
A2-2	uhlík na jádru Al	57,6	1,00	60.0	7,2 x 592 x 420
A5-1	PC na jádru PC	1,39	0, 64	7,5	2 x 210 x 149
A5-2	Uhlík na Rohacelu	3,33	0,65	11,8	2 x 210 x 149
A5-3	Rohacelové jádro	0,33	0,32	2,7	3 x 210 x 149

Panely byly upevněny na zadní pouzdro se stavitelnou hloubkou, za použití měkké polyuretanové pěny pro zavěšení a akustické utěsnění. Hloubka pouzdra byla provedena jako stavitelná na 16, 28, 40 a 53 mm pro sadu panelů „A a na 20, 50, 95 a 130 mm pro sadu panelů „B. Pro každý testovaný případ byla provedena různá měření při různých hloubkách pouzdra a výsledky byly zaznamenány.

Rychlost a přemístění v panelu byly měřeny za použití laserového vibrometru. Příslušný rozsah kmitočtu byl pokryt lineárním měřítkem kmitočtu s 1600 body. Nastavení, znázorněné na obr. 16 bylo použito ke změření mechanické impedance panelu výpočtem poměru vyvozené síly k rychlosti v panelu v budícím bodě.

F

V

Při tomto postupu byla vyvozená síla vypočtena z informace

- ” ’ . . W V » t • ·· · · · · · · | • · · * * » · · · » ***** ··· «· ·* **

- 18 celkových parametrů budiče. I když rychlost v panelu, sama o sobě, má zpětnou vazbu na elektromechanický obvod, její spojení je docela slabé. Může být prokázáno, že pro hodnoty budiče Bl (1 aš 3 Tm), za předpokladu, že budící výstupní impedance zesilovače je nízká (stálé napětí), zpětné spojení vidů k elektromechanické soustavě je dostatečně slabé, aby tento předpoklad byl přijatelný. Malá chyba' vzniklá z tohoto přiblížení byla proto ignorována. Na obr. 18a až 18f je znázorněna mechanická impedance panelů A5-1 a A5-2, odvozená od měření rychlosti v panelu a vyvozené síly naměřené laserovým vibrometrem. Je třeba poznamenat, že u rezonančních vidů této soustavy se vyskytují minimální hodnoty impedance pro každou hloubku pouzdra.

Hladina akustického tlaku a polární odezva různých panelů byly měřeny ve velkém prostoru 350 kubických metrů a klíčovány po 12 až 14 metrech pro zvukově izolovanou odezvu, za použití MLSSA, v závislosti na měření. Měření výkonu byla prováděna za použití soustavy s 9 řadami mikrofonů, jak je znázorněno na obr. 17b a v nastavení, znázorněném na obr. 17a. Naměřené výkony jsou zobrazeny na obr. 19a až 19d pro různé hloubky pouzder. Rezonance soustavy je zvýrazněna na grafech značkami.

Polární odezva u panelů velikosti A5-1 a A5-2 byla měřena pro hloubku pouzdra 28 mm a výsledek' je znázorněn na obr. 20a a 20b. Při srovnání s polárním zobrazením volného reproduktoru s rozloženými vidy (DML) z obr. 1, dokazují význam reproduktoru s rozloženým vidy (DML), uzavřeného zezadu, v jeho zlepšené směrovosti.

Pro dalši zkoumání vlastností a účinků pouzdra na chování panelu, obzvláště ve spojené soustavě rezonance, byl vyroben speciální upínací přípravek, pro umožnění měření vnitřního tlaku pouzdra v devíti předem určených bodech, jak je ί

_ -	w v	» V · ·	* »	*
•		• · ·	• ·
•	• ·	• · ·	• ·	Φ
	·«	···	··	• Φ

znázorněno na obr. 21. Do otvorů, vytvořených v zadní desce upínacího přípravku pro pouzdro panelu A5 v předem stanovené hloubce, byl zasouván mikrofon, zatímco ostatních osm zbývajících otvorů bylo pevně blokováno průchodkami z tvrdé gumy. Během měření byl mikrofon mechanicky izolován od pouzdra vhodnou gumovou průchodkou.

Z těchto údajů byl vytvořen obrysový diagram ke znázornění rozložení tlaku v soustavě rezonance a na obou stranách tohoto kmitočtu, jak je znázorněno na obr. 22a až 22c. Odezva tlakového kmitočtu byla také zobrazena pro 9 poloh, jak je znázorněno na obr. 23. Tento graf vykazuje dobré vymezení rezonanční oblasti pro všechny křivky spojené s měřícími body v pouzdru. Tlak má však sklon ke změně napříč plochy průřezu, při zvýšení kmitočtu.

Kolmá složka rychlosti a přesunutí napříč panelů byla měřena skanovacím laserovým vibrometrem. Rozložení rychlosti a přesunutí napříč panelů byly zobrazeny, pro zjišťování chování panelu kolem spojené soustavy rezonance. Výsledky byly zaznamenány a počet případů je znázorněn na obr. 24a až 24d. Tyto výsledky naznačují módové chování panelů při rezonanci, s celkovým pohybem panelu, i když při nižší rychlosti a přesunutím, při pohybu směrem k okraji panelu.

V praxi je toto chování- konzistentní pro všechny okrajové podmínky panelu, i když tvar vidů se bude měnit od případu k případu, v závislosti na úplné sadě parametrů, včetně tuhosti panelu, velikosti a okrajových podmínek. V tomto omezení a pro nekonečně tuhý panel tato soustava rezonance bude považována za vid základního tuhého tělesa pístu působícího na tuhost objemu vzduchu pouzdra. Bylo zjištěno, že bude vhodné, nazvat tuto soustavu rezonance reproduktoru s rozloženými vidy (DML) jako „vid celkového tělesa nebo WBM.

• φ • * ·

- 20 • » » ··· ·· » · » ··· w ·· ··

Plně teoretická odvození této spojené soustavy byla realizována do vhodného software společností New Transducer Limited. Jedna verze tohoto balíku byla použita k simulování mechanicko akustického chování předmětů testování této přihlášky. Tento balík je schopen brát v úvahu všechny elektrické, mechanické nebo akustické proměnné, spojené s panelem, budičem (budiči) a mechanicko akustickými rozhraními s rámem nebo pouzdrem, a předpovědět, mezi jinými parametry, akustický tlak vzdáleného pole, výkon a směrovost celkové soustavy.

Na obr. 25a , je znázorněno spektrum protokolu rychlosti volného vyzařování v panelu A5-1, upnutého v rámu, vyzařování ve volném prostoru, které je shodné z obou stran. Plná čára představuje simulační křivku a čárkovaná čára je rozsah spektra rychlosti. V nízkých kmitočtech rezonuje panel s budičem. Nesoulad v kmitočtovém rozsahu nad 1000 Hz je způsoben absencí impedance vyzařování volného pole v simulačním modelu.

Na obr. 25b je znázorněn tentýž panel jako na obr. 25a, ale tentokrát zatížený dvěma totožnými pouzdry, vždy jedním na každé straně panelu, se stejným průřezem jako panel a s hloubkou 24 mm. Dvojité pouzdro bylo zkonstruováno a použito k vyloučení vyzařovací impedance volného pole na jedné straně panelu a k provedení pokusu nezávisle na impedanci vyzařování volného pole. Je důležité poznamenat, že toto laboratorní nastavení bylo použito pouze pro ověření teorie.

Pro umožnění měření rychlosti v panelu byly zadní stěny pouzder vyrobeny z průhledného materiálu, k umožnění přístupu laserového paprsku k povrchu panelu. Tento test byl opakován s použitím panelu A5-3, s jádrem z Rohacelu bez povlaku, s různými objemovými vlastnostmi a tento výsledek je znázorněn na obr. 26a 26b. V obou případech byla provedena simulace za použití logaritmického rozsahu s 200 body, zatímco při laserovém měření byl použit lineární rozsah s 1600 body.

Z předcházející teorie a práce je jasné, že malé pouzdro přizpůsobené reproduktoru s rozloženými vidy (DML) bude s ním přinášet, mezi řadou výhod, singulární nevýhodu. Ta se sama o sobě projeví nadměrným výkonem způsobeným videm celkového tělesa (WBM), v rezonanci soustavy, jak je znázorněno na obr. 27a a 27b. Je pozoruhodné, bez ohledu na tuto špičkovou hodnotu, Že uzavřený reproduktor s rozloženými vidy (DML) může ve všech ostatních aspektech nabídnout podstatně zlepšený výkon, včetně zvětšené šířky výkonového pásma.

Bylo zjištěno, že ve většině případů jednoduchá síť kmitočtové korekce pásmové zádrže druhého řádu, vhodné jakosti(Q) přizpůsobená maximální hodnotě výkonové charakteristiky, může být určena k vyrovnání této maximální hodnoty. Dále v některých případech by toto často zajistila jednopólová horní propust sklopením nízkofrekvenční oblasti (LF), k vytvoření široce ploché výkonové charakteristiky. Z důvodu jedinečných vlastností panelů pro reproduktory s rozloženými vidy (DML) a jejich odezvy odporové elektrické impedance, ať už je uvedená propust aktivní nebo pasivní, zůstává její konstrukce velice jednoduchá. Na obr. 28a jeznázorněno, kde je zabudována pasivní propust pásmové zádrže, pro kmitočtovou korekci. Další příklady mohou být patrné na obr. 28b a 28c, kde je znázorněna jednopólová kmitočtová korekce (EQ), s kondenzátořem, použitým v sérii s reproduktory.

Když se použije volný reproduktor s rozloženými vidy fe (DML), blízko a rovnoběžně se stěnou, musí se věnovat speciální péče k zajištění minimální interakce s touto stěnou, z důvodu jedinečných komplexních dvoupólových vlastností. Tato interakce je funkcí vzdálenosti k okraji, a nemůže být proto univerzálně *· ·»···· fr • · · * · · · · · · · · • · · · φ · · φ · · *· ♦· ··· φφ ·· ·· stanovena. Plné opatření panelu ozvučnicí přináší rozhodné výhody v rozšíření nízkofrekvenční odezvy této soustavy, ale to nemusí mít praktický přínos ve velkém množství použití.

Velmi malé pouzdro použité s reproduktorem s rozloženými vidy (DML) způsobí nezávislost jeho bezprostředního okolí, a určí předpokládaný akustický výkon této soustavy. Vyvinutý matematický model představuje úroveň složitosti pro reproduktor s rozloženými vidy (DML) v této spojené soustavě. To vrhá ostrý kontrast mezi tímto předpokladem a konstrukcí reproduktoru s rozloženými vidy (DML), a mezi běžným pístovým vyzařovacím prvkem. I když mechanicko akustické vlastnosti v kuželovitém pouzdru mohou být získány poměrně jednoduchými výpočty (dokonce ruční kalkulačkou), jsou ve spojení s reproduktorem s rozloženými vidy (DML) a jeho pouzdrem předmětem složitých interaktivních vzájemných vztahů, což činí nemožné, určit předpoklad této soustavy bez vlastních nástrojů.

Změna ve výkonu soustavy s měnícím se pouzdrem je docela nápadná v případě, kde je malá hloubka, ve srovnání s rozměry panelu. Je však také patrné, že při překročení určité hloubky se vzrůst nízkofrekvenční (LF) odezvy stává minimální. To je samozřejmě konzistentní s chováním tuhého pístu v pouzdru. Jako příklad může být určen panel velikosti A2 s pouzdrem o hloubce 50 mm, pro šířku pásma procházející dolů až asi na 120 Hz, viz obr. 24.

Dále je patrný další význak reproduktoru s rozloženými vidy (DML) s malým pouzdrem, projevující se významným zlepšením ve střední a vysoké kmitočtové odezvě této soustavy. To je uvedeno v mnoha naměřených a simulovaných grafech této přihlášky, a je to předjímáno touto teorií. Je jasné, že vzrůst modality soustavy tohoto panelu většinou způsobuje toto zlepšení, avšak ztráty v pouzdru by je také mohly ovlivnit

’*	w «	w w 1 » «	V •	• •	• · • ·
•	• ·	• · ·	•	•	• »
···	··	···	··	··

zvýšením celkového tlumení této soustavy.

Jako přirozený důsledek potlačení zadního vyzařování panelu, se směrovost uzavřené soustavy podstatně mění od dvojpólového tvaru do tvaru, který se blíží srdcovitému průběhu, jak je znázorněno na obr. 17. Předpokládá se, že směrovost spojená reproduktorem s rozloženými vidy (DML), s uzavřenou zadní částí, může nalézt uplatnění v určitých použitích, kde je žádoucí silnější boční zakrytí.

Bylo shledáno, že měření výkonové charakteristiky bylo nej výhodnější, když se provádí s uzavřenou soustavou s rozloženými vidy (DM), pro pozorování oblasti s nadměrnou energií, které by mohly vyžadovat kompenzování. To je v souladu s dalšími pracemi prováděnými na reproduktorech s rozloženými vidy (DML), kde bylo zjištěno, výkonová charakteristika nejvíce odpovídá akustickému měření, které je ve vzájemném vztahu se subjektivním výkonem reproduktorů s rozloženými vidy (DML). Za použití výkonové charakteristiky bylo zjištěno, že pásmová propust nebo jednopólová horní propust je v praxi vše, co je potřebné pro vyrovnání výkonové charakteristiky v této oblasti.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Akustické zařízení sestávající z rezonančního akustického panelu s ohybovými vlnami, opatřeného protilehlými stranami a prostředkem vymezujícím dutinu, obklopující alespoň část jedné strany panelu, a uspořádanou k potlačení akustického vyzařování z uvedené části strany panelu, vyznačující se tím, že dutina je dostatečně mělká, aby zadní strana dutiny, přiléhající k uvedené jedné straně panelu, způsobila fluidní připojení k panelu, přičemž příčné vidy (X, Y) ve fluidním médiu jsou obecně dominantní, a aby dutina mohla upravovat módové chování panelu.
2. 2. Akustické zařízení podle nároku 1, vyznačuj ící se t i m, že dutina je utěsněna.
3. 3. Akustické zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že poměr objemu dutiny k obklopené ploše panelu - mi/cm² - je v rozsahu 10:1 až 0,2:1.
4. 4. Akustické zařízení podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že panel je upevněn a utěsněn proti prostředku vymezujícím dutinu obvodovým okrajem.
5. 5. Akustické zařízení podle nároku 4, vyznačující se t í m, že uvedený okraj je pružný.
6. 6. Reproduktor obsahující akustické zařízení podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, Že je opatřen vibračním budičem, uspořádaným k vyvozování kmitání pomocí ohybových vln na rezonanční panel, k vytváření akustického výstupu.

   Η ί • · · ·· ··

   » » v ·· · ♦ » • ·· • 1 · • • * * • · · * ♦ * ·· ··· »·
7. 7. Způsob multiplikace módového chováni akustického zařízení s rezonančním panelem s ohybovými vlnami, vyznačující se tím, že se rezonanční panel umístí do těsné blízkosti s okrajovým povrchem, pro vymezení rezonanční dutiny mezi nimi, kde příčné vidy (X, Y) v dutině jsou dominantní.