CN116261860A - 用于在气体环境中发射横向声波的声学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的器件包括壳体、平面膜片、以及横向声波的声振动驱动器。壳体以支撑框架的形式制成，且发声矩形平面膜片被固定到所述框架。所述膜片以如下形式制成：蜂窝层、从两个侧粘合到蜂窝层的表面层、以及覆盖表面层的稳定浸渍组合物。所述声振动驱动器以声振动激励器的形式制成，所述声振动激励器包括磁芯的铁氧体部分。声振动激励器的端部中的一者在沿着矩形膜片的表面穿过的专用线内贴合到平面膜片，所述专用线从矩形膜片的任一顶点延伸且终止于所述膜片的相对于所述顶点的相对水平侧上的点处，所述点在水平方向上位于所述相对水平侧的2/3距离处。

Description

用于在气体环境中发射横向声波的声学装置
技术领域
本发明适用于声学。其可用作供消费者使用的扬声器，所述扬声器的操作原理是基于弯曲反相振动的共振激励能力，然后将横向声波发射到空气中(其中分子的剪切振动垂直于波传播方向的一种波过程)。
背景技术
根据S.B.卡拉瓦什金及O.N.卡拉瓦什金那的文章(http://selftrans.narod.ru/v2_1/acoustics/acoustics03/acoustics3rus.html)(参见第4页)了解到，在气体环境中使用两个反相发射声学膜作为用于激励横向波的声源是足够的。
另外，理论上可根据本发明的背景区分出能够产生横向声波的数个器件。所述数个器件包括数个众所周知的乐器，例如原声吉他(acoustic guitar)、三角钢琴(grandpiano)、鼓、小提琴等，其中共振器本体或膜(在鼓的情形中)充当形成横向声波的关键元件。设计并生产此种器件的任务并不是确保高效地产生处于宽频率范围内且具有特定信号特性参数的横向波辐射。因此，此种器件发射具有横向波分量的声音的能力是相当随机的，且实际上不可能对辐射参数进行调整，此使得所述器件不适合在本发明所提出的技术领域中使用。
最接近的技术解决方案可被认为是在2019年06月21日提出申请的俄罗斯联邦专利第2692096号中所阐述的通用扬声器。此扬声器包含平板膜、激励单元、形成空腔的壳体，所述膜及激励单元位于所述空腔中。壳体在一个表面上具有孔洞，且激励单元的端部抵靠在所述膜的端部边缘上，使得激励单元在与膜平面方向相同的方向上被激励，且激励单元还刚性地安装在壳体上。所述膜形成弯曲部分，所述弯曲部分从安置有激励单元的一个端部的侧弯曲到另一端部的相对侧且被定位成覆盖壳体的开口。此种解决方案的缺点是工作效率不足。
发明内容
所提出的发明解决以下任务：
·提高用于横向波辐射的声学装置的有效操作，
·将工作频率范围扩展到20Hz到20,000Hz的可听度极限，
·使得能够在宽范围内对波产生过程进行控制、与模拟相比使器件紧凑、排除器件电路中的高压元件(10kV到30kV)，
·提高产生具有声波横向分量的低频信号的效率。
技术结果是提高了用于横向波辐射的声学装置的有效操作、扩展了操作频率范围、提高了产生具有声波的横向分量的低频信号的效率。
所述技术结果由用于在气体环境中发射横向声波的声学装置实现，所述声学装置包括壳体、平板膜、以及所述横向声波的声振动驱动机。
所述壳体以支撑框架的形式制成，且发声平板矩形膜被固定到所述框架。所述膜以如下形式制成：蜂窝层、粘合到所述蜂窝层的表面层、从两个侧粘合到蜂窝结构的表面层、以及覆盖所述表面层的基于聚氨酯底漆及清漆的稳定浸渍组合物。所述声振动驱动机以至少一个声振动激励器的形式制成，所述至少一个声振动激励器包括磁路的铁氧体部分，且至少一个声振动激励器的一个端部在沿着矩形膜的平面穿过的专用线内贴合到平板膜，所述专用线从所述矩形膜的任一顶部发出且终止于所述膜的水平侧的相对顶部上的点处，所述点位于所述膜的相对侧的在水平方向上距所述顶部的2/3距离处。
所提出的发明使得在需要在气体环境中形成横向波声辐射的领域中设计并实施紧凑有效的器件成为可能，此不仅是为了研究此种辐射的性质，也是为了其实际应用，例如具有改善的声音质量的扬声器形式。
附图说明
图1-在气体环境中发射横向声波的器件的总体图，其指示出所有的主要元件，
图2-在气体环境中发射横向声波的器件的后视图，
图3-横向声波在气体环境中出现的条件的示意性表示图，
图4-发射横向声波的器件的外部视图，
图5-发声膜的平面内的专用(橙色)线的位置，建议在所述位置放置至少一个或若干声振动激励器。
具体实施方式
本发明所提出的用于发射横向声波的器件(图1)包括：支撑框架(1)；发声膜(2)；声振动驱动机(3)，包括铁氧体磁路的一些部分以及所提出的不同类型的线圈：扁平线圈、正方形(矩形)线圈、波状扁平线圈、圆柱形(圆形)线圈、星形线圈；驱动机的后支撑顶盖(4)。
举例来说，声振动驱动机(3)包括一个(或多个)声振动激励器，所述声振动激励器包含其中安置有以下组件的壳体：磁***、固定到框架的圆柱形线圈、将线圈保持在磁隙内的***、以及用于向线圈供应电信号的软线(flexible wire)。磁***被制成圆柱形永磁体、具有上述圆柱形磁体的铁氧体环、以及将其接合成单一结构的垫圈。固定到框架的圆柱形线圈位于圆柱形磁体上方且位于圆柱形磁体与铁氧体环之间的间隙中。将线圈保持在磁隙内的***由以下组件组成：两个不同直径的定心垫圈，以同心波纹盘(corrugated disk)的形式彼此隔开一定距离进行固定；内孔洞，贴合到圆柱形线圈、贴合到框架；以及外周，贴合到罩壳；以及向线圈供应电信号的软线，缝合到定心垫圈中的一者中且在一个端部处焊接到线圈端子且在另一端部处焊接到外接触件群组。圆柱形线圈框架贴合到发声膜(2)。
发声膜(2)由轻质且刚性的材料制成。发声膜(2)是夹层结构，所述夹层结构包括蜂窝层、从两个侧粘合到蜂窝结构的表面层、以及覆盖表面层的基于聚氨酯底漆及清漆的稳定浸渍组合物。
此种膜(2)开始在由贴合到膜表面的声振动驱动机(3)形成的表面上传输行进波结构(traveling wave structure)。在膜材料中的具有有限传播速度的表面上行进的波，从膜本身的边缘进行反复反射会形成共振调节的频率相关调制，所述调制在面板的区域之上按区域进行定位。这些调制具有一个不同的特征：其在一个不可分割的发声膜(2)内以完全相反的平衡振荡形式出现。
为便于理解，参见图3，这些相反的弯曲振动可被表示为一组严格异相180度的非相干点声发射器(扬声器)。所提出的声发射器的此种操作模式是基本且必要的，这是由于有效声音信号产生过程在超出相反调制的共振平衡形成的模式中停止且不出现波横向分量形成所必需的条件。
另外，诸多实际实验已使得建立沿着发声膜的平面穿过的专用EB线(参见图5)，在所述专用线EB内应安置声振动激励器或声振动激励器中的若干声振动激励器，使得激励器的旋转轴线的点位于专用线上，或者与安置在专用线附近的激励器电路的前投影交叉。因此，如果考虑其角度表示点A、B、C及D的发声膜(参见图5)，则激励器贴合的专用“橙色”线将从点B穿过到达点E。反过来，E是膜的DC侧上的点，所述点按以下比例对DC段进行划分：DE\EC＝1\2。在EB线内可安置一个或多个振动激励器。对于在此种线内具有一个声振动激励器的技术解决方案，需要根据以下比例确定X点：EB\XB＝1.62。橙色线EB自然可沿着膜的任何对称轴线对称地反射。
在假设激励源贴合在膜区域内的情况下，所提出的技术解决方案的膜区域内的专用线的形式的优点会确保共振调制在膜区域内的最佳分布，此转而对振幅-频率响应的均匀性具有积极影响，且还确保声音的自然度(所述自然度与扬声器***的操作引起的失真总量、相移的减少密切相关)，且确保此种***的操作中的最大频率范围。
在本发明的声学器件中，不需要特别的措施来维持横向声波存在的条件。此种器件操作的共振模式假定持续存在用于产生及维持横向波的合适条件。另外，这些条件作为气体中的横向波辐射而在声学范围的几乎任何频率下以连续准备状态存在，所述声学范围在必要的情况下包括低频及高频区域的更宽限制。因此，为实施具有横向分量的辐射，将单个激励源带到由单通道功率放大器供电的发射器并施加适当的信号(例如，特定频率的正弦信号或宽带(“粉红噪声”)、音乐内容等)是足够的。
在图4中示出所提出的用于气体环境中的横向声波辐射的声学装置的外部视图。
同时，重要的是要强调在向卡拉瓦什金装置传输不同频率及振幅的信号的同时基本上不可能在所述卡拉瓦什金装置处高质量地产生横向声波。这是由于由一个活塞发射器形成的所有频率会导致声学多普勒效应(acoustic Doppler effect)。这无疑会导致不可能在同时施加的整个频率范围内维持相位一致性。
在本发明的构造的情形中(膜由蜂窝材料制成且声振动激励器处于膜上的某个位置)，当频率调制在面板的区域之上被分区时，较低频率对于较高频率而言不是主要的且不会发生多普勒效应。因此，只有此种解决方案才可能在同时应用的整个频谱频率内在气体中连续地产生并维持横向声波且获得所主张的技术结果。

Claims (1)

1.一种用于在气体环境中发射横向声波的声学装置，包括壳体、平板膜、所述横向声波的声振动驱动机，其特征在于所述壳体以支撑框架的形式制成，且发声平板矩形膜被固定到所述框架，
所述膜以如下形式制成：蜂窝层、从两个侧粘合到所述蜂窝结构的表面层、以及覆盖所述表面层的基于聚氨酯底漆及清漆的稳定浸渍组合物，
所述声振动驱动机以至少一个声振动激励器的形式制成，所述至少一个声振动激励器包括磁路的铁氧体部分，
至少一个声振动激励器的端部中的一者在沿着所述矩形膜的平面穿过的专用线内贴合到所述平板膜，所述专用线从所述矩形膜的任一顶部发出且终止于所述膜的水平侧的相对顶部上的点处，所述点位于所述膜的相对侧的在水平方向上距所述顶部的2/3距离处。
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