JPH0398399A - 水中音響送波器 - Google Patents
水中音響送波器Info
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- JPH0398399A JPH0398399A JP23542789A JP23542789A JPH0398399A JP H0398399 A JPH0398399 A JP H0398399A JP 23542789 A JP23542789 A JP 23542789A JP 23542789 A JP23542789 A JP 23542789A JP H0398399 A JPH0398399 A JP H0398399A
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Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野〉
本発明は、遠距離通信等における水中音の送波、受渡等
に使用される水中音響送波器に関するものである。
に使用される水中音響送波器に関するものである。
(従来の技術)
従来、このような分野の技術としては、早坂・吉川共著
「音響振動論」 (昭49−12−30)丸善(株)P
.141−P.197に記載されるものがあった。
「音響振動論」 (昭49−12−30)丸善(株)P
.141−P.197に記載されるものがあった。
この文献に記載されているように、従来の送波器は、送
波器振動板、キャビティ及びオリフィスからなる構造の
広帯域特性を有するものであり、その一構成例を第2図
に示す。
波器振動板、キャビティ及びオリフィスからなる構造の
広帯域特性を有するものであり、その一構成例を第2図
に示す。
第2図は、従来の送波器をモデル的に示した構造図であ
る。
る。
この送波器は、空中で使用されるもので、円筒状の筐体
1を備え、その筐体■の内部には、空気の入ったキャビ
ティ(空洞〉2と、力を発生する電磁型変換器3とが設
けられている。電磁型変換器3は、コイルが巻装された
駆動磁極3aと、そのコイルに接続された駆動端子3b
と、永久磁石3cとで、構成されている。また、筐体1
の一端には、屈曲振動板5が設けられ、他端には、小さ
な径を持つオリフィス(流体流出孔)6が形成されてい
る。
1を備え、その筐体■の内部には、空気の入ったキャビ
ティ(空洞〉2と、力を発生する電磁型変換器3とが設
けられている。電磁型変換器3は、コイルが巻装された
駆動磁極3aと、そのコイルに接続された駆動端子3b
と、永久磁石3cとで、構成されている。また、筐体1
の一端には、屈曲振動板5が設けられ、他端には、小さ
な径を持つオリフィス(流体流出孔)6が形成されてい
る。
次に、この送波器の動作を説明する。
先ず、駆動端子3bに交番電圧を加えると、駆動磁極3
aにおいて交番変化ずる磁力p e J m t(但し
、F;力の振幅、ω;角振動数、L;時間、j;虚数単
位〉が発生する。この起磁力に蘂づき、屈曲振動板5は
振動速度の振幅ξで、吸引されたり押し離されたりして
振動する。そして、屈曲振動板5の表面から、外側に音
波が送波される。一方、屈曲振動板5の変位に基づき、
キャビティ2内の空気は膨脹及び圧縮が繰り返される。
aにおいて交番変化ずる磁力p e J m t(但し
、F;力の振幅、ω;角振動数、L;時間、j;虚数単
位〉が発生する。この起磁力に蘂づき、屈曲振動板5は
振動速度の振幅ξで、吸引されたり押し離されたりして
振動する。そして、屈曲振動板5の表面から、外側に音
波が送波される。一方、屈曲振動板5の変位に基づき、
キャビティ2内の空気は膨脹及び圧縮が繰り返される。
このとき、オリフィス6からは、キャビティ2内の体積
変化に基づき、一部の空気が出入りを繰り返す。
変化に基づき、一部の空気が出入りを繰り返す。
次に、第2図の送波器を機械振動系モデルに置き換えた
図を第3図に示す。この図からわかるように、第2図の
送波器は、屈曲振動板5の等価質量m。及び等価コンブ
ライアンスCoからなる共振系と、キャビティ2のコン
ブライアンス(一1/バネ定数〉C1と、オリフイス6
部の質量m1とからなる共振系(ヘルムホルツ共振系と
呼ぶ〉の二自由度共振系を構成している。更に、オリフ
ィス6部には、粘性減衰係数γ1の粘性による抵抗力が
作用するので、その抵抗力により共振のピークが制御さ
れる。二自由度共振系を有する送波器の構造では、アド
ミッタンス(?/F>の周波数特性において、アドミッ
タンス曲線は粘性抵抗の大小にかかわらず、二つの定ま
った周波数ポイントを必ず通ることが知られている。第
3図の送波器は、この性質を利用したもので、所望の帯
域から下限周波数を与える周波数と上限周波数を与える
周波数から、2つの周波数ポイントを設定し、3 その周波数ポイントにおけるアドミッタンス値を等しく
する様に二自由度系の各々の質量m。,m1とスティフ
ネス(=バネ定数)Co ,CIを最適に選んだあと、
粘性抵抗の値を調整して帯域幅内でピークレベルを押え
、アドミッタンス(ξ/F〉の広帯域平坦特性が得られ
る様にしたものである。
図を第3図に示す。この図からわかるように、第2図の
送波器は、屈曲振動板5の等価質量m。及び等価コンブ
ライアンスCoからなる共振系と、キャビティ2のコン
ブライアンス(一1/バネ定数〉C1と、オリフイス6
部の質量m1とからなる共振系(ヘルムホルツ共振系と
呼ぶ〉の二自由度共振系を構成している。更に、オリフ
ィス6部には、粘性減衰係数γ1の粘性による抵抗力が
作用するので、その抵抗力により共振のピークが制御さ
れる。二自由度共振系を有する送波器の構造では、アド
ミッタンス(?/F>の周波数特性において、アドミッ
タンス曲線は粘性抵抗の大小にかかわらず、二つの定ま
った周波数ポイントを必ず通ることが知られている。第
3図の送波器は、この性質を利用したもので、所望の帯
域から下限周波数を与える周波数と上限周波数を与える
周波数から、2つの周波数ポイントを設定し、3 その周波数ポイントにおけるアドミッタンス値を等しく
する様に二自由度系の各々の質量m。,m1とスティフ
ネス(=バネ定数)Co ,CIを最適に選んだあと、
粘性抵抗の値を調整して帯域幅内でピークレベルを押え
、アドミッタンス(ξ/F〉の広帯域平坦特性が得られ
る様にしたものである。
(発明が解決しようとする課題〉
しかしながら、上記構成の送波器では、第2図の′WI
造を保持したままで、水中音響の送波に使用しようとす
れば、次のような不都合が生じる。
造を保持したままで、水中音響の送波に使用しようとす
れば、次のような不都合が生じる。
(1〉 低周波域において、水の音波の波長が空気の場
合に比べて相当に長いことから、かなり大きい径を有す
る円筒状の筐休1を用いない限り、屈曲振動板5の外側
に発生する音波が筐体1の他端而に回折し、音響勢力が
半減する。
合に比べて相当に長いことから、かなり大きい径を有す
る円筒状の筐休1を用いない限り、屈曲振動板5の外側
に発生する音波が筐体1の他端而に回折し、音響勢力が
半減する。
(2) キャビティ2内の媒質を空気とした場合、耐圧
性が図りにくい。圧力補償装置等により耐圧性を持たせ
て使用することもできるが、オリフイス6内に働く空気
の抵抗力だけでは水の付加質量4 のついた重い屈曲振動板5を制振できない。そのため、
送波音圧の平坦特性を得にくい。
性が図りにくい。圧力補償装置等により耐圧性を持たせ
て使用することもできるが、オリフイス6内に働く空気
の抵抗力だけでは水の付加質量4 のついた重い屈曲振動板5を制振できない。そのため、
送波音圧の平坦特性を得にくい。
(3〉 キャビティ2内の媒質を液体とした場合、耐圧
性は容易に実現され、液体は空気に較べ粘性が大きいの
で、オリフイス6での粘性抵抗力を大きくできる。しか
し、液体の体積弾性率は空気に比べて相当に大きいこと
から、屈曲振動板5の面積を小さくするか、あるいはキ
ャビテイ2の容積を大きくしない限り、そのキャビテイ
2のステイフネスを小さくできない。すなわち、キャビ
テイ2のスティフネスとオリフイス6の質量で決まる共
振周波数を低くできない。また、キャビテイ2内の媒質
が液体であると、液体は水と音響インピーダンスがほぼ
等しいため、キャビテイ2内の音波がオリフィス6より
外側に排出され、低周波において屈曲振動板5側に回折
する。そして、屈曲振動板5による生成音波と、オリフ
イス6からの音波とが逆位相となった場合、音波のキャ
ンセリング(消去〉が生じ、送波性能が劣化する。従っ
て、水中音響用に適した送波器が要望されている5 6 が、未だ技術的に充分満足のゆくものがえられなかった
。
性は容易に実現され、液体は空気に較べ粘性が大きいの
で、オリフイス6での粘性抵抗力を大きくできる。しか
し、液体の体積弾性率は空気に比べて相当に大きいこと
から、屈曲振動板5の面積を小さくするか、あるいはキ
ャビテイ2の容積を大きくしない限り、そのキャビテイ
2のステイフネスを小さくできない。すなわち、キャビ
テイ2のスティフネスとオリフイス6の質量で決まる共
振周波数を低くできない。また、キャビテイ2内の媒質
が液体であると、液体は水と音響インピーダンスがほぼ
等しいため、キャビテイ2内の音波がオリフィス6より
外側に排出され、低周波において屈曲振動板5側に回折
する。そして、屈曲振動板5による生成音波と、オリフ
イス6からの音波とが逆位相となった場合、音波のキャ
ンセリング(消去〉が生じ、送波性能が劣化する。従っ
て、水中音響用に適した送波器が要望されている5 6 が、未だ技術的に充分満足のゆくものがえられなかった
。
本発明は前記従来技術が持っていた課題として、例えば
、水中用低周波送波器として従来の構成の送波器を用い
た場合、振動板の発生する音圧が回折によって半減する
、キャビティ内媒質を空気とした場合、オリフィスの抵
抗力が小さくて振動板を制御できない、耐圧性を得るた
めキャビティ内媒質を液体とした場合、振動板の面積を
小さくしたり、キャビティの容積を大きくしない限り、
共振周波数を低くできない、キャビティの音響インピー
ダンスが水と等しいため、オリフィスから音波が出て回
折し、振動板が発生ずる音波をキャンセリングする、等
の点について解決した高帯域特性を有する水中音響送波
器を提供するものである。
、水中用低周波送波器として従来の構成の送波器を用い
た場合、振動板の発生する音圧が回折によって半減する
、キャビティ内媒質を空気とした場合、オリフィスの抵
抗力が小さくて振動板を制御できない、耐圧性を得るた
めキャビティ内媒質を液体とした場合、振動板の面積を
小さくしたり、キャビティの容積を大きくしない限り、
共振周波数を低くできない、キャビティの音響インピー
ダンスが水と等しいため、オリフィスから音波が出て回
折し、振動板が発生ずる音波をキャンセリングする、等
の点について解決した高帯域特性を有する水中音響送波
器を提供するものである。
(課題を解決するための手段)
本発明は前記課題を解決するために、水中音響送波器に
おいて、円筒状の外部筐体と、前記外部筐体内の中心に
設けられ内部に加振装置を収納した円筒状の内部筐体と
、前記内部筐体の端面に装着された断面がくさび状の円
輪形の弾性部材と、前記弾性部材により支持され前記外
部筐体の両端面に設けられた対称な寸法・形状を有する
二つの円形振動板と、前記内部筐体の外側に設けられ内
部の液体が前記振動板と接触可能な構造のキャビティと
を、設ける。さらに、この水中音響送波器には、前記キ
ャビティの外側に設けられ径方向に放射状に形成された
複数の管状オリフィスを有する円筒状のオリフィス構造
体と、前記オリフィス構造体の外側に設けられ前記オリ
フィスへ流出入する前記キャビティの液体を溜めるため
の円筒状の液体溜めと、前記液体溜めの外側に設けられ
た柔軟性のある円筒状のチューブと、前記チューブの外
側と前記外部筐体の内側との間に設けられた円筒状の圧
縮空気室とを、設けたものである。
おいて、円筒状の外部筐体と、前記外部筐体内の中心に
設けられ内部に加振装置を収納した円筒状の内部筐体と
、前記内部筐体の端面に装着された断面がくさび状の円
輪形の弾性部材と、前記弾性部材により支持され前記外
部筐体の両端面に設けられた対称な寸法・形状を有する
二つの円形振動板と、前記内部筐体の外側に設けられ内
部の液体が前記振動板と接触可能な構造のキャビティと
を、設ける。さらに、この水中音響送波器には、前記キ
ャビティの外側に設けられ径方向に放射状に形成された
複数の管状オリフィスを有する円筒状のオリフィス構造
体と、前記オリフィス構造体の外側に設けられ前記オリ
フィスへ流出入する前記キャビティの液体を溜めるため
の円筒状の液体溜めと、前記液体溜めの外側に設けられ
た柔軟性のある円筒状のチューブと、前記チューブの外
側と前記外部筐体の内側との間に設けられた円筒状の圧
縮空気室とを、設けたものである。
(作用〉
本発明によれば、以上のように水中音響送波器を構成し
たので、円筒状の外部筐体の両端面に設けられた同じ寸
法形状を有する二つの振動板は、加振装置により、外側
の媒質へ同相の音波を発生7 すると共に、円筒状筐体の高さ方向の中間の、円筒軸に
垂直な断面上に無限大のバッフル(隔壁〉を形成する働
きがある。ここで、円筒形状は、回折による音波のみだ
れを防止する働きがある。これにより、振動板が発生す
る音波の回折による音響勢力の低減が抑制される。外部
筐体と同心軸となるようにその内部に設けられた内部筐
体の端面を、弾性部材を介して振動板に接続し、その内
部筐体の外側にキャビティを設け、該キャビティ内の液
体と振動板との接触面積を小さくすることにより、振動
板の面積を大きく保持したままで、キャビティのスティ
フネスの減少化が図れる。キャビティの外側に、円筒状
オリフィス構造体、円筒状液体溜め、円筒状チューブ、
及び円筒状圧縮空気を順に設け、その圧縮空気室により
、耐圧性の向上が図れる。従って、前記課題を解決でき
るのである。
たので、円筒状の外部筐体の両端面に設けられた同じ寸
法形状を有する二つの振動板は、加振装置により、外側
の媒質へ同相の音波を発生7 すると共に、円筒状筐体の高さ方向の中間の、円筒軸に
垂直な断面上に無限大のバッフル(隔壁〉を形成する働
きがある。ここで、円筒形状は、回折による音波のみだ
れを防止する働きがある。これにより、振動板が発生す
る音波の回折による音響勢力の低減が抑制される。外部
筐体と同心軸となるようにその内部に設けられた内部筐
体の端面を、弾性部材を介して振動板に接続し、その内
部筐体の外側にキャビティを設け、該キャビティ内の液
体と振動板との接触面積を小さくすることにより、振動
板の面積を大きく保持したままで、キャビティのスティ
フネスの減少化が図れる。キャビティの外側に、円筒状
オリフィス構造体、円筒状液体溜め、円筒状チューブ、
及び円筒状圧縮空気を順に設け、その圧縮空気室により
、耐圧性の向上が図れる。従って、前記課題を解決でき
るのである。
(実施例〉
第1図(a>,(b)は本発明の実施例を示す水中音饗
送波器の構造図であり、同図(a)はそ8 の一部切欠正面図、同図(b)は同図(a)のA一A線
断面図である。
送波器の構造図であり、同図(a)はそ8 の一部切欠正面図、同図(b)は同図(a)のA一A線
断面図である。
この水中音響送波器は、円筒状の外部筐体10を備え、
その内部に同心軸上に内部筐体11が設けられている。
その内部に同心軸上に内部筐体11が設けられている。
内部筐体11は、加振装置の入っている加振室12を有
し、剛体円筒11aと円輪状の弾性部材(例えば、弾性
ゴム等〉11bを、筐体の高さ方向に積み重ねた構造を
している。剛体円筒11aの端面は、とがった形状をし
ており、そこに、断面がくさび形をしたスティフネスの
小さい円輪状の弾性部材1lbが装着されている。
し、剛体円筒11aと円輪状の弾性部材(例えば、弾性
ゴム等〉11bを、筐体の高さ方向に積み重ねた構造を
している。剛体円筒11aの端面は、とがった形状をし
ており、そこに、断面がくさび形をしたスティフネスの
小さい円輪状の弾性部材1lbが装着されている。
外部筐体10の両端面には、軽くて硬い構造の同じ寸法
・形状を有する二つの円形振動板13が配置され、その
各振動板13が弾性部材11bで支持されている。
・形状を有する二つの円形振動板13が配置され、その
各振動板13が弾性部材11bで支持されている。
内部筐休l1の外側には、振動板13との接触面積が小
さく、かつ全体の寸法が小さくなるように設定されたキ
ャビティ14が設けられている。
さく、かつ全体の寸法が小さくなるように設定されたキ
ャビティ14が設けられている。
このキャビティ形状は、外部筐体10があまり長くなっ
たり、あるいは外径があまり大きくなった9 10 りしない様にするため、外半径の異なる容積を持ったい
くつかの円筒を高さ方向に重ねた複合円筒形状をしてい
る。キャビティ14の外側には、オリフィス15aを有
する円筒状のオリフィス構造体l5が設けられている。
たり、あるいは外径があまり大きくなった9 10 りしない様にするため、外半径の異なる容積を持ったい
くつかの円筒を高さ方向に重ねた複合円筒形状をしてい
る。キャビティ14の外側には、オリフィス15aを有
する円筒状のオリフィス構造体l5が設けられている。
オリフィス15aは、オリフィス構造休15内に複数個
設けられ、径方法に放射状にくり抜いた管状の形をして
いる。
設けられ、径方法に放射状にくり抜いた管状の形をして
いる。
オリフィス構造体15の外側には、オリフィス15aへ
流出入するキャビティ14内の液体をためるための円筒
状の液体溜め16が設けられている。液体溜め16の外
側には、薄い円筒状で自由に曲がるゴムや合成樹脂等で
できたチューブl7が設けられ、そのチューブ17の端
部が押えit8で封止されている。さらに、チューブl
7の外側には、円筒状の圧縮空気室l9が設けられ、そ
の圧縮空気室■9の外側が、外部筐体10の内壁面でお
おわれている。
流出入するキャビティ14内の液体をためるための円筒
状の液体溜め16が設けられている。液体溜め16の外
側には、薄い円筒状で自由に曲がるゴムや合成樹脂等で
できたチューブl7が設けられ、そのチューブ17の端
部が押えit8で封止されている。さらに、チューブl
7の外側には、円筒状の圧縮空気室l9が設けられ、そ
の圧縮空気室■9の外側が、外部筐体10の内壁面でお
おわれている。
次に、この送波器の動作と利点について説明する。
加振室12の内部に実装された加振装置により、外部筐
体両端面の振動板13が同相加振され、外側の媒質に対
して同相で振動する。キャビティ14では、振動板13
の振動に基づき、キャビティ内媒質の体積弾性率に応じ
た容積変化が生じる。
体両端面の振動板13が同相加振され、外側の媒質に対
して同相で振動する。キャビティ14では、振動板13
の振動に基づき、キャビティ内媒質の体積弾性率に応じ
た容積変化が生じる。
そして、オリフィス15aでは、該容積変化に応じて、
液体溜め16より液休(例えば、オイル〉がキャビティ
14に流入、あるいはキャビティ14より液体溜め16
に流出する。圧縮空気室19は、液体の移動に伴って膨
脹あるいは圧縮される。
液体溜め16より液休(例えば、オイル〉がキャビティ
14に流入、あるいはキャビティ14より液体溜め16
に流出する。圧縮空気室19は、液体の移動に伴って膨
脹あるいは圧縮される。
この送波器における共振系は、低周波において、振動板
l3の質量及びその振動板表面に付加される水の付加質
量の和と、弾性部材1lbのステイフネスと、キャビテ
ィl4のステイフネスと、オリフィス15aを移動する
液体質量とからなる二自由度の共振系であり、その共振
系において現われる二つの共振ピークが、オリフイス1
5aを移動する液体に働く粘性抵抗によって制御され、
振動板13の速度の広帯域化が実現される。
l3の質量及びその振動板表面に付加される水の付加質
量の和と、弾性部材1lbのステイフネスと、キャビテ
ィl4のステイフネスと、オリフィス15aを移動する
液体質量とからなる二自由度の共振系であり、その共振
系において現われる二つの共振ピークが、オリフイス1
5aを移動する液体に働く粘性抵抗によって制御され、
振動板13の速度の広帯域化が実現される。
本実施例では、振動板■3を対称に、外部筐体10の両
端に設けられることにより、円筒軸方向11 中間の断面上に無限大バッフルを形成する様にし、前記
送波音波の回折による音響勢力の半減を取り除いた。ま
た、キャビティ14のスティフネスを小さくするために
、振動板13と接するキャビティ14の液体の円輪状の
面積を、第1図に示す様に小さく選び、振動板13と接
する部分以外は、キャビティ14の高さをあまり大きく
しない範囲で、図に示す様な平均半径の異なる円筒を重
ね合わせた複合円筒の容積をもつ構造とした。そして、
キャビティ14の外側には、外側側面が円筒状であるオ
リフィス構造体15を設け、そのオリフィス構造体15
の中に、径方向に放射状にオリフィス15aを多く設け
られる様にし、該オリフィス15aを移動する液体の質
量を大きくできる様にした。この様にすることで、キャ
ビティ14のスティフネスは、小さくなり、オリフィス
15aの質量が大きくなるので、キャビティ14のステ
ィフネスとオリフィス15aの質量とで決まる共振周波
数が、格段に低下する。音響勢力を増大するため、振動
板13はハニカム構造の様な軽くて硬12 い構造とした。振動板13の質量と弾性部材1lbのス
ティフネスとで決まる共振周波数を下げるため、その弾
性部材1lbは柔らかいものを選んだ。以上の様にする
ことで、二自由度系のそれぞれの共振が低くなる。
端に設けられることにより、円筒軸方向11 中間の断面上に無限大バッフルを形成する様にし、前記
送波音波の回折による音響勢力の半減を取り除いた。ま
た、キャビティ14のスティフネスを小さくするために
、振動板13と接するキャビティ14の液体の円輪状の
面積を、第1図に示す様に小さく選び、振動板13と接
する部分以外は、キャビティ14の高さをあまり大きく
しない範囲で、図に示す様な平均半径の異なる円筒を重
ね合わせた複合円筒の容積をもつ構造とした。そして、
キャビティ14の外側には、外側側面が円筒状であるオ
リフィス構造体15を設け、そのオリフィス構造体15
の中に、径方向に放射状にオリフィス15aを多く設け
られる様にし、該オリフィス15aを移動する液体の質
量を大きくできる様にした。この様にすることで、キャ
ビティ14のスティフネスは、小さくなり、オリフィス
15aの質量が大きくなるので、キャビティ14のステ
ィフネスとオリフィス15aの質量とで決まる共振周波
数が、格段に低下する。音響勢力を増大するため、振動
板13はハニカム構造の様な軽くて硬12 い構造とした。振動板13の質量と弾性部材1lbのス
ティフネスとで決まる共振周波数を下げるため、その弾
性部材1lbは柔らかいものを選んだ。以上の様にする
ことで、二自由度系のそれぞれの共振が低くなる。
又、弾性部材1lbは、圧縮空気室19からの静的圧力
によって加振室12内に大きく変形しないように、第1
図に示す様な断面がくさび状の形をした円輪状にした。
によって加振室12内に大きく変形しないように、第1
図に示す様な断面がくさび状の形をした円輪状にした。
これにより、弾性部材11bにキャビティl4から垂直
に作用する静的圧力を、その弾性部材1lbを介して、
振動板13側と内部筐体11側に分散できる。オリフィ
ス構造休15の外側に、円筒状の液体溜め16、円筒状
チューブ17、及び圧縮空気室19を順に設けた。
に作用する静的圧力を、その弾性部材1lbを介して、
振動板13側と内部筐体11側に分散できる。オリフィ
ス構造休15の外側に、円筒状の液体溜め16、円筒状
チューブ17、及び圧縮空気室19を順に設けた。
圧縮空気室19は外部筐体10の内壁をおおう様にし、
振動板13が外部筐休10の内部に送波した音波が、筐
体の外側へと再放射しない様にした。
振動板13が外部筐休10の内部に送波した音波が、筐
体の外側へと再放射しない様にした。
これにより、送波器は振動板13と外部筐休10の軸方
向の中間断面上に、無限大バッフルを有する構成となり
、送波性能の劣化を防止できる。更]−3 14 に本実施例の特徴として、液体溜め16を円筒側面に設
けたことにより、その液体溜め16の内側の半径よりも
大きなチューブ■7の半径を設定できる。従って、オリ
フィス15aの液体流量が大きくでも、チューブl7の
内壁で該液体流量が分配されるので、そのチューブ17
の単位面積当たりの径方向変位が緩和されて小さくなる
。すると、圧縮空気室l9の空気室壁がチューブ17の
変位で押しつぶされたりする様な現象が起きにくくなる
。
向の中間断面上に、無限大バッフルを有する構成となり
、送波性能の劣化を防止できる。更]−3 14 に本実施例の特徴として、液体溜め16を円筒側面に設
けたことにより、その液体溜め16の内側の半径よりも
大きなチューブ■7の半径を設定できる。従って、オリ
フィス15aの液体流量が大きくでも、チューブl7の
内壁で該液体流量が分配されるので、そのチューブ17
の単位面積当たりの径方向変位が緩和されて小さくなる
。すると、圧縮空気室l9の空気室壁がチューブ17の
変位で押しつぶされたりする様な現象が起きにくくなる
。
次に、第4図〜第8図を参照しつつ、本発明の具体的な
実施例を計算結果を用いて説明する。水中音響送波器は
上下対称であるので、上側半分の振動系のみについて考
えることとする。
実施例を計算結果を用いて説明する。水中音響送波器は
上下対称であるので、上側半分の振動系のみについて考
えることとする。
先ず、計算条件として用いる水中音響送波器各部の寸法
を定義した説明図を第4図(a).(b)に示す。第4
図(a)は縦断面図、第4図(b)はB−B線断面図で
ある。
を定義した説明図を第4図(a).(b)に示す。第4
図(a)は縦断面図、第4図(b)はB−B線断面図で
ある。
第4図中のa は円形振動板13の半径、hoO
は該振動板13の厚さ、bは内部筐体11の内半径、b
1は内部筐体11の外半径、h3は内部筐体11の内半
径bにおける弾性部材1lbの厚さである。θは弾性部
材1lbのくさび型断面における開口角、a1は、オリ
フィス構造体15のオリフィス部を除いた円筒の内半径
、a2はオリフィス構造休15の外半径、h4はオリフ
ィス構造体15のオリフィス部の円筒の高さ、h5はオ
リフィス構造体l5のオリフィス部を除いた円筒の高さ
である。a3はオリフィス断面の円孔の半径、a4はチ
ューブ17の内半径、h1は液体溜め16の円筒の高さ
である。
1は内部筐体11の外半径、h3は内部筐体11の内半
径bにおける弾性部材1lbの厚さである。θは弾性部
材1lbのくさび型断面における開口角、a1は、オリ
フィス構造体15のオリフィス部を除いた円筒の内半径
、a2はオリフィス構造休15の外半径、h4はオリフ
ィス構造体15のオリフィス部の円筒の高さ、h5はオ
リフィス構造体l5のオリフィス部を除いた円筒の高さ
である。a3はオリフィス断面の円孔の半径、a4はチ
ューブ17の内半径、h1は液体溜め16の円筒の高さ
である。
第5図に、第4図の水中音響送波器の機械振動系の等価
回路図を示す。
回路図を示す。
第5図において、Fは振動板13が働く力の振幅、ωは
角振動数、tは時間、jは虚数単位である。moは振動
板13の質量と、振動板外表面に水から受ける付加質量
との和であり、前記a。を用いて、 15 但し、ρ0;振動板13の密度 ρ;水の密度 オリフィス内液体の径方向速度、と2はチューブ17の
径方向の速度である。coは、弾性部材1lbのコンブ
ライアンスであり、前記b,b1.h3を用いて、 ?■ =1/ [πEo ( b1 b + (b
h3 ) Xlog, ( (b1−b+h3)/h
3 ) ) ]但し、Eo;弾性部材1lbのヤング率
(ここでは、損失ヤング率を無視 する〉 開口角θ−53゜ 16 のように表わされる。C1はキャビティ14のコンブラ
イアンスであり、前記ao,b1 、a1、h 及びh
5を用いて、 4 C1=κ1π(ao −b12)”/2 {(ao2−b12〉h4+ 22 (a b )hs) 11 但し、κ1 ;キャビティ内液体の体積弾性率と表わさ
れる。m1は前記アドミッタンス曲線が同じアドミッタ
ンス値の2定点を通る様に決定されるオリフィス全体の
液体の質量であり、前記co,C1、moを用いて、 ?1= (Co +2CI ) C■ m■ /17 18 なる条件を満たし、前記a。,a2,a3を用いて表わ
すと、 m1””nρ1πa32( ELzao )但し、n;
オリフィス部に存在するオリフィス本数 ρ1 ;液体の密度 と示される。γ1はオリフィス全体に働く粘性抵抗の粘
性減衰係数であり、前記a。, a2 , l”lを用
いて γ1=8nπμ(a2ao) 但し、μ:液体の粘性係数 と表わされる。C2は液体溜め16のコンブライアンス
であり、前記a2 , a4 , h1 ,κ1を用い
て 2 C2=(a4−a22〉/ (4κ1 πa2 h1 ) と表わされる。C3は圧縮空気室19のコンブライアン
スであり、前記a4 ,a5 ,h2を用いて2 C3−( as a4 ” ) / (4κ2πa4h2) 但し、κ2 :圧縮空気室の体積弾性率と表わされる,
又、S,は振動板13とキャビティ14内の液体と接す
る面積であり、s2はオリフィス15aの円孔の合計し
た断面積である。α?S 2 / S 1であり前記a
■ ,a3 ,b1 ,nを用いて、 19 と示される。
角振動数、tは時間、jは虚数単位である。moは振動
板13の質量と、振動板外表面に水から受ける付加質量
との和であり、前記a。を用いて、 15 但し、ρ0;振動板13の密度 ρ;水の密度 オリフィス内液体の径方向速度、と2はチューブ17の
径方向の速度である。coは、弾性部材1lbのコンブ
ライアンスであり、前記b,b1.h3を用いて、 ?■ =1/ [πEo ( b1 b + (b
h3 ) Xlog, ( (b1−b+h3)/h
3 ) ) ]但し、Eo;弾性部材1lbのヤング率
(ここでは、損失ヤング率を無視 する〉 開口角θ−53゜ 16 のように表わされる。C1はキャビティ14のコンブラ
イアンスであり、前記ao,b1 、a1、h 及びh
5を用いて、 4 C1=κ1π(ao −b12)”/2 {(ao2−b12〉h4+ 22 (a b )hs) 11 但し、κ1 ;キャビティ内液体の体積弾性率と表わさ
れる。m1は前記アドミッタンス曲線が同じアドミッタ
ンス値の2定点を通る様に決定されるオリフィス全体の
液体の質量であり、前記co,C1、moを用いて、 ?1= (Co +2CI ) C■ m■ /17 18 なる条件を満たし、前記a。,a2,a3を用いて表わ
すと、 m1””nρ1πa32( ELzao )但し、n;
オリフィス部に存在するオリフィス本数 ρ1 ;液体の密度 と示される。γ1はオリフィス全体に働く粘性抵抗の粘
性減衰係数であり、前記a。, a2 , l”lを用
いて γ1=8nπμ(a2ao) 但し、μ:液体の粘性係数 と表わされる。C2は液体溜め16のコンブライアンス
であり、前記a2 , a4 , h1 ,κ1を用い
て 2 C2=(a4−a22〉/ (4κ1 πa2 h1 ) と表わされる。C3は圧縮空気室19のコンブライアン
スであり、前記a4 ,a5 ,h2を用いて2 C3−( as a4 ” ) / (4κ2πa4h2) 但し、κ2 :圧縮空気室の体積弾性率と表わされる,
又、S,は振動板13とキャビティ14内の液体と接す
る面積であり、s2はオリフィス15aの円孔の合計し
た断面積である。α?S 2 / S 1であり前記a
■ ,a3 ,b1 ,nを用いて、 19 と示される。
S3はチューブ17と液体溜め16と接する部分の表面
積である。βはS3/S2であり前記a3、a4、h1
、nを用いて ?示される。
積である。βはS3/S2であり前記a3、a4、h1
、nを用いて ?示される。
第5図の等価回路を書き直したものが、第6図の変形等
価回路図である。
価回路図である。
第6図において、C α2は前記a■ ,a2、2
a3、a4、κ1、h1、b1、nを用いて、。a2−
(a 2−a ” > n2a ’ /2
4 2 320 と示され、C2α2はオリフィス15aの半径a2
2 2 C3βa = (a5 a4 2) a4h1 /{
κ2π(ao −b12)2) 2 22 と示され、C3β α は空気の体積弾性率κ2が窮め
て小さいことから大きい値となり、C3β2α2は短絡
と見なせる。
(a 2−a ” > n2a ’ /2
4 2 320 と示され、C2α2はオリフィス15aの半径a2
2 2 C3βa = (a5 a4 2) a4h1 /{
κ2π(ao −b12)2) 2 22 と示され、C3β α は空気の体積弾性率κ2が窮め
て小さいことから大きい値となり、C3β2α2は短絡
と見なせる。
そこで、この第6図の等価回路を近似すると、第7図の
様な近似等価回路になる。本発明者は、この水中音響送
波器のアドミッタンス平坦特性を確認するため、第7図
の近似等価回路に基づき、円形振動板l3のアドミッタ
ンスξ。/Fの周波数応答を求めた。一例として、計算
に用いた各々の物理定数、寸法及びここで設定した周波
数帯域の条件を次の表1に示す。
様な近似等価回路になる。本発明者は、この水中音響送
波器のアドミッタンス平坦特性を確認するため、第7図
の近似等価回路に基づき、円形振動板l3のアドミッタ
ンスξ。/Fの周波数応答を求めた。一例として、計算
に用いた各々の物理定数、寸法及びここで設定した周波
数帯域の条件を次の表1に示す。
21−
22
表1 送波器物理定数及び寸法
第8図に、第4図の水中音響送波器のアドミッタンスB
7Fの周波数応答を示す。第8図からわかる様に、設計
した水中音響送波器によると、所望の周波数範囲におい
て、ほぼ平坦な周波数特性が得られることがわかる。従
って、本実施例の水中音響送波器によると、低周波数に
おいても良好な広帯域周波数特性が得られる。
7Fの周波数応答を示す。第8図からわかる様に、設計
した水中音響送波器によると、所望の周波数範囲におい
て、ほぼ平坦な周波数特性が得られることがわかる。従
って、本実施例の水中音響送波器によると、低周波数に
おいても良好な広帯域周波数特性が得られる。
なお、本発明は図示の実施例に限定されず、第l図及び
第4図の各部の構造、形状、寸法等を種々、変形可能で
ある。
第4図の各部の構造、形状、寸法等を種々、変形可能で
ある。
(発明の効果〉
以上詳細に説明したように、本発明では、次のような効
果を有する。
果を有する。
(1〉 円筒状外部筐体の両端面に、同じ寸法・形状の
振動板を設けたので、外部筐体の軸方向中間に無限大バ
ッフルが実現でき、例えば無限剛平面にピストン円板を
有する場合の音響勢力と同等な音響勢力が保持できる。
振動板を設けたので、外部筐体の軸方向中間に無限大バ
ッフルが実現でき、例えば無限剛平面にピストン円板を
有する場合の音響勢力と同等な音響勢力が保持できる。
{2} 外部筐体の側面に圧縮空気室を設けたので、振
動板が外部筐体内に逆送波した音波が、そ23 の圧縮空気室内の圧縮空気によって遮音され、水中音響
送波器の音響性能の劣化を防止する。
動板が外部筐体内に逆送波した音波が、そ23 の圧縮空気室内の圧縮空気によって遮音され、水中音響
送波器の音響性能の劣化を防止する。
(3〉 振動板のアドミッタンス周波数特性において、
同じアドミッタンス値をとる定点を通る様に、振動板の
質量、振動板を支持する弾性部材のコンブライアンス、
オリフイスの質量、及びキャビティのコンブライアンス
を決め、そのオリフイス内の液体抵抗を、アドミッタン
ス曲線が、2定点間でほぼ平坦になる様に選べば、広帯
域なアドミッタンス周波数特性が得られる。
同じアドミッタンス値をとる定点を通る様に、振動板の
質量、振動板を支持する弾性部材のコンブライアンス、
オリフイスの質量、及びキャビティのコンブライアンス
を決め、そのオリフイス内の液体抵抗を、アドミッタン
ス曲線が、2定点間でほぼ平坦になる様に選べば、広帯
域なアドミッタンス周波数特性が得られる。
〈4〉 キャビティのコンブライアンスを大きく保持す
るため、キャビティ内液体と振動板との接触面積を小さ
く選ぶことにより、キャビティの容積を小さくでき、外
部筐体全体の寸法の小型化が図れる。
るため、キャビティ内液体と振動板との接触面積を小さ
く選ぶことにより、キャビティの容積を小さくでき、外
部筐体全体の寸法の小型化が図れる。
(5〉 オリフィスをオリフィス格造体の円筒の高さ方
向にたくさん積層して設けることができ、そのオリフィ
ス全体の液体の質量を増加させることができる。一方、
キャビテイのコンブライアンスを大きく保持できるので
、該質量とコンブライ24 アンズで決まる共振周波数を低く設定できる。
向にたくさん積層して設けることができ、そのオリフィ
ス全体の液体の質量を増加させることができる。一方、
キャビテイのコンブライアンスを大きく保持できるので
、該質量とコンブライ24 アンズで決まる共振周波数を低く設定できる。
(6〉 振動板を支持する弾性部材を断面がくさび状の
形にしたことにより、加振装置が収納された内部筐体に
外部から加わる圧力を、円筒軸方向に分散できる。従っ
て、径方向の力に対して、強い構造を持つ。
形にしたことにより、加振装置が収納された内部筐体に
外部から加わる圧力を、円筒軸方向に分散できる。従っ
て、径方向の力に対して、強い構造を持つ。
第l図(a),(b)は本発明の実施例を示す水中音響
送波器の構造図であり、同図(a)は一部切欠正面図、
同図(b>はA−A線断面図、第2図は従来の送波器の
構造図、第3図は第2図の機械振動系モデル図、第4図
(a>,(b)は第1図の水中音響送波器の寸法説明図
であり、同図(a)は縦断面図、同図(b)はB−B線
断面図、第5図は第4図の水中音響送波器の機械振動系
等価回路図、第6図は第5図の変形等価回路図、第7図
は第6図の近似等価回路図、第8図は第4図の水中音響
送波器のアドミッタンス周波数特性図である。 10・・・・・・外部筐体、11・・・・・・内部筐体
、lla25 ′)八 ・・・・・・剛体円筒、llb・・・・・・弾性部材、
12・・・・・・加振室、13・・・・・・振動板、1
4・・・・・・キャビティ、15・・・・・・オリフィ
ス構造体、15a・・・・・・オリフィス、16・・・
・・・液体溜め、1.7・・・・・・チューブ、1つ・
・・・・・圧縮空気室。
送波器の構造図であり、同図(a)は一部切欠正面図、
同図(b>はA−A線断面図、第2図は従来の送波器の
構造図、第3図は第2図の機械振動系モデル図、第4図
(a>,(b)は第1図の水中音響送波器の寸法説明図
であり、同図(a)は縦断面図、同図(b)はB−B線
断面図、第5図は第4図の水中音響送波器の機械振動系
等価回路図、第6図は第5図の変形等価回路図、第7図
は第6図の近似等価回路図、第8図は第4図の水中音響
送波器のアドミッタンス周波数特性図である。 10・・・・・・外部筐体、11・・・・・・内部筐体
、lla25 ′)八 ・・・・・・剛体円筒、llb・・・・・・弾性部材、
12・・・・・・加振室、13・・・・・・振動板、1
4・・・・・・キャビティ、15・・・・・・オリフィ
ス構造体、15a・・・・・・オリフィス、16・・・
・・・液体溜め、1.7・・・・・・チューブ、1つ・
・・・・・圧縮空気室。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 円筒状の外部筐体と、前記外部筐体内の中心に設けら
れ内部に加振装置を収納した円筒状の内部筐体と、前記
内部筐体の端面に装着された断面がくさび状の円輪形の
弾性部材と、 前記弾性部材により支持され前記外部筐体の両端面に設
けられた対称な寸法・形状を有する二つの円形振動板と
、 前記内部筐体の外側に設けられ内部の液体が前記振動板
と接触可能な構造のキャビティと、前記キャビティの外
側に設けられ径方向に放射状に形成された複数の管状オ
リフィスを有する円筒状のオリフィス構造体と、 前記オリフィス構造体の外側に設けられ前記オリフィス
へ流出入する前記キャビティの液体を溜めるための円筒
状の液体溜めと、 前記液体溜めの外側に設けられた柔軟性のある円筒状の
チューブと、 前記チューブの外側と前記外部筐体の内側との間に設け
られた円筒状の圧縮空気室とを、 備えたことを特徴とする水中音響送波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23542789A JPH0398399A (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 水中音響送波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23542789A JPH0398399A (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 水中音響送波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0398399A true JPH0398399A (ja) | 1991-04-23 |
Family
ID=16985951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23542789A Pending JPH0398399A (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 水中音響送波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0398399A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008244895A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Nec Corp | 屈曲型送受波器 |
| JP2021013162A (ja) * | 2019-07-02 | 2021-02-04 | テレディン インストゥルメンツ インクTeledyne Instruments Inc. | 水中サブウーファとクラスタ |
-
1989
- 1989-09-11 JP JP23542789A patent/JPH0398399A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008244895A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Nec Corp | 屈曲型送受波器 |
| US8515101B2 (en) | 2007-03-27 | 2013-08-20 | Nec Corporation | Bending vibration type sound transmitter |
| JP2021013162A (ja) * | 2019-07-02 | 2021-02-04 | テレディン インストゥルメンツ インクTeledyne Instruments Inc. | 水中サブウーファとクラスタ |
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