DE69601725T2 - SPEAKER WITH PANEL-SHAPED ACOUSTIC RADIATION ELEMENTS - Google Patents
SPEAKER WITH PANEL-SHAPED ACOUSTIC RADIATION ELEMENTSInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Lautsprecher und insbesondere auf Lautsprecher mit platten- bzw. paneelförmigen akustischen Abstrahlelementen.The invention relates to loudspeakers and, in particular, to loudspeakers with plate- or panel-shaped acoustic radiation elements.
Aus der GB-A-2262861 ist ein paneelförmiger Lautsprecher bekannt mit:From GB-A-2262861 a panel-shaped loudspeaker is known with:
einem resonanten Mehrmoden-Strahlerelement, das ein aus zwei Materialhäuten mit einem einen Abstand bildenden Kern mit einem quer laufenden zellularen Aufbau gebildetes Einheits-Sandwich-Paneel ist, worin das Paneel ein Verhältnis der Biegesteifigkeit (B) in allen Orientierungen zur dritten Potenz der Paneelmasse pro Oberflächeneinheit (u) von mindestens 10 aufweist;a resonant multimode radiating element which is a unitary sandwich panel formed from two material skins with a spaced core having a transverse cellular structure, wherein the panel has a ratio of the bending stiffness (B) in all orientations to the cube of the panel mass per unit surface area (u) of at least 10;
einer Befestigungseinrichtung, die das Paneel trägt oder es mit einem Haltekörper in freier ungedämpfter Weise verbindet;a fastening device that supports the panel or connects it to a support body in a free, undamped manner;
und einer mit dem Paneel gekoppelten elektromechanischen Antriebseinrichtung, die dazu dient, als Antwort auf eine elektrische Eingabe innerhalb eines Arbeitsfrequenzbandes für den Lautsprecher in dem Strahlerpaneel eine Mehrmodenresonanz anzuregen.and an electromechanical drive device coupled to the panel for exciting a multi-mode resonance in the radiator panel in response to an electrical input within an operating frequency band for the loudspeaker.
Es gibt eine breite Anwendung zur Schallverteilung unter Verwendung von Lautsprechern in einer Standardmodulform, die mit handelsüblichen Deckenplatten im allgemeinen mit einem Format von 600 · 600 mm austauschbar sind, wobei das Ziel die gleichmäßige Verteilung verständlicher Sprache und Musik über eine große Fläche ist. Einige herkömmliche Tauchspulentreiber und Paneelabkömmlinge werden gegenwärtig für diese Anwendung hergestellt.There is a wide application for sound distribution using loudspeakers in a standard modular form, interchangeable with commercially available ceiling tiles, generally of 600 x 600 mm format, where the aim is to evenly distribute intelligible speech and music over a large area. Some conventional moving coil drivers and panel derivatives are currently manufactured for this application.
Bestehende Technologie verwendet konusartige Tauchspulenlautsprecher, die in Rahmen und akustischen Schallwänden eingebaut sind. Obgleich sie wegen niedriger Kosten und einer einfachen Verfügbarkeit üblicherweise verwendet werden, leiden diese an schwerwiegenden Hot-Spot-Effekten (zu hohe bzw. übermäßige Schallintensität) und Richtungseffekten und folglich einer schlechteren Verständlichkeit außerhalb der Achse.Existing technology uses cone-type moving coil loudspeakers built into frames and acoustic baffles. Although commonly used due to low cost and easy availability, they suffer from severe hot spot effects (too high or excessive sound intensity) and directional effects and consequently poorer off-axis intelligibility.
Viele Einheiten sind erforderlich, um eine gleichmäßige Abdeckung über eine größere Fläche zu liefern.Many units are required to provide even coverage over a larger area.
Eine andere bekannte Entwicklung verwendet konusartige Lautsprecher, bei denen ein "Konus" eine Polystyrolstruktur mit einer flachen Vorderseite ist, die bemalt sein kann. Hier kann eine Kombination aus zusätzlichen Tauchspulentreibern, die an ihrer Membran befestigt sind, wobei die letztgenannte so strukturiert ist, daß sie mit zunehmender Frequenz akustisch schwindet bzw. schrumpft, ein breiteres Strahlungsmuster als ein herkömmlicher Konuslautsprecher ergeben. Diese Lautsprechereinheiten mit Polystyrolschaum erfordern ein Gestell und akustische Schallwände, um sie in der richtigen Lage anzubringen.Another well-known development uses cone-type loudspeakers, where a "cone" is a polystyrene structure with a flat front, which may be painted. Here, a combination of additional moving coil drivers attached to their diaphragm, the latter structured to acoustically shrink with increasing frequency, can give a wider radiation pattern than a conventional cone speaker. These speaker units, using polystyrene foam, require a frame and acoustic baffles to mount them in the correct position.
Die US-A-4 506 117 von MULTIPHONIE offenbart ein aufgehängtes Deckenpaneel, das mit einem elektroakustischen Wandler mit einer Metallbasisplatte versehen ist, durch die er mit dem Paneel fest verbunden wird.US-A-4 506 117 to MULTIPHONIE discloses a suspended ceiling panel provided with an electro-acoustic transducer with a metal base plate by which it is firmly connected to the panel.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden Bauteile von einer Beschaffenheit, Struktur und Konfiguration, die im allgemeinen und/oder speziell durch Verwirklichen von Lehren unserer gleichzeitig anhängigen PCT-Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums gewonnen werden können. Solche Bauteile haben folglich die Fähigkeit, eingespeiste Schwingungsenergie aufrechtzuerhalten und durch Biegewellen in einer wirksamen Fläche (wirksamen Flächen) fortzupflanzen, die quer zur Dicke oft, aber nicht notwendigerweise, zu den Rändern des Bauteils (der Bauteile) verläuft (verlaufen), sind mit oder ohne Anisotropie der Biegesteifigkeit so konfiguriert, daß sie Resonanzmoden-Schwingungskomponenten aufweisen, die in vorteilhafter Weise zum akustischen Koppeln mit Umgebungsluft über die Fläche(n) verteilt sind, und weisen vorbestimmte bevorzugte Orte oder Stellen innerhalb der Fläche für Wandlereinrichtungen auf, insbesondere einen betriebsfähig aktiven oder beweglichen Teil(e) davon, der in bezug auf eine akustische Schwingungsaktivität in der (den) Fläche(n) und üblicherweise elektrische Signale entsprechend einem akustischen Inhalt einer solchen Schwingungsaktivität wirksam ist. In der gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 sind Anwendungen für solche Bauteile als "passive" akustische Vorrichtungen ohne Wandlereinrichtungen oder in solchen ins Auge gefaßt bzw. erwogen, wie z. B. für Hall bzw. Echo oder für akustisches Filtern oder zum akustischen "Stimmen" (engl. voicing) eines Raums oder Zimmers; und als "aktive" akustische Vorrichtungen mit Wandlereinrichtungen oder in solchen, wie z. B. in einem bemerkenswert weiten Bereich von Schallquellen oder Lautsprechern, wenn sie mit in Schall umzuwandelnden Eingangssignalen versorgt werden, oder in Mikrophonen, wenn sie in andere Signale umzuwandelndem Schall ausgesetzt sind.Embodiments of the present invention employ members of a nature, structure and configuration generally and/or specifically obtainable by implementing teachings of our co-pending PCT Publication No. WO97/09842 of even date. Such members thus have the ability to sustain and propagate injected vibration energy through bending waves in an effective area(s) extending transversely through the thickness, often but not necessarily, to the edges of the member(s), are configured, with or without anisotropy of bending stiffness, to have resonant mode vibration components advantageously distributed over the area(s) for acoustic coupling with ambient air, and have predetermined preferred locations or sites within the area for transducer means, particularly an operatively active or movable portion(s) thereof, operative with respect to acoustic vibration activity in the area(s) and usually electrical signals corresponding to an acoustic content of such vibration activity. The co-pending international publication No. WO97/09842 describes applications for such components as "passive" acoustic devices without transducer means or in such devices as for reverberation or for acoustic filtering or for acoustically "voicing" a space or room; and as "active" acoustic devices with transducer means or in such devices as for a considerably wide range of sound sources or loudspeakers when supplied with input signals to be converted into sound or in microphones when exposed to sound to be converted into other signals.
Diese Erfindung betrifft insbesondere aktive akustische Vorrichtungen in Form von Lautsprechern, die in einer aufgehängten Deckenplatte verwendet werden können.This invention particularly relates to active acoustic devices in the form of loudspeakers that can be used in a suspended ceiling panel.
Bauteile, wie sie oben erwähnt sind, werden hierin Strahler mit verteilten Moden genannt und sollen wie in der obigen PCT-Anmeldung und/oder andernfalls wie speziell hierin dargelegt gekennzeichnet sein.Devices as mentioned above are referred to herein as distributed mode radiators and shall be characterized as in the above PCT application and/or otherwise as specifically set forth herein.
Die Erfindung ist eine aufgehängte Deckenplatte, die einen Lautsprecher enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte ein Bauteil mit der Fähigkeit aufweist, eingespeiste Schwingungsenergie aufrechtzuerhalten und durch Biegewellen in zumindest einer wirksamen Fläche fortzupflanzen, die quer zur Dicke verläuft, um Resonanzmoden-Schwingungskomponenten über die zumindest eine Fläche zu verteilen mit vorbestimmten bevorzugten Orten oder Stellen innerhalb der Fläche für Wandlereinrichtungen, und mit einem Wandler, der ganz und ausschließlich auf dem Bauteil an einem der Orte oder Stellen angebracht ist, um das Bauteil schwingen zu lassen, um es in Resonanz treten zu lassen, wobei ein akustischer Strahler geschaffen wird, der ein akustisches Ausgangssignal liefert, wenn er in Resonanz schwingt. Die aufgehängte Deckenplatte kann dadurch gekennzeichnet sein, daß das Bauteil einen zellularen Kern z. B. aus geschäumtem Kunststoff aufweist, der durch Häute mit hohem Modul sandwichartig aufgenommen ist. Am Umfang des Strahlers kann eine federnde Aufhängung angeordnet sein, um den Strahler in einem aufgehängten Deckenrahmen zu halten. Der Wandler kann ein Inertial-Schwingungswandler (Trägheits-Schwingungswandler) sein.The invention is a suspended ceiling panel containing a loudspeaker, characterized in that the panel comprises a member capable of sustaining and propagating input vibration energy by bending waves in at least one effective surface extending transversely through the thickness to distribute resonant mode vibration components over the at least one surface with predetermined preferred locations or sites within the surface for transducer means, and a transducer mounted wholly and exclusively on the member at one of the locations or sites to vibrate the member to cause it to resonate, thereby providing an acoustic radiator which provides an acoustic output signal when it resonates. The suspended ceiling panel may be characterized in that the member comprises a cellular core, e.g. of foamed plastic, sandwiched by high modulus skins. A spring suspension may be arranged around the periphery of the radiator to hold the radiator in a suspended ceiling frame. The transducer may be an inertial vibration transducer.
Die Erfindung wird beispielhaft in den beiliegenden Zeichnungen schematisch veranschaulicht, in denen:The invention is illustrated schematically by way of example in the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 ein Diagramm ist, das einen wie in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 beschriebenen und beanspruchten Lautsprecher mit verteilten Moden zeigt;Fig. 1 is a diagram showing a distributed mode loudspeaker as described and claimed in our co-pending International Publication No. WO97/09842;
Fig. 2a ein partieller Schnitt auf der Linie A-A von Fig. 1 ist;Fig. 2a is a partial section on the line A-A of Fig. 1;
Fig. 2b ein vergrößerter Querschnitt durch einen Strahler mit verteilten Moden der in Fig. 2a gezeigten Art ist und zwei alternative Konstruktionen zeigt;Fig. 2b is an enlarged cross-section through a distributed mode radiator of the type shown in Fig. 2a and showing two alternative designs;
Fig. 3a eine perspektivische Darstellung eines Raums mit einer aufgehängten Decke ist; undFig. 3a is a perspective view of a room with a suspended ceiling; and
Fig. 3b eine Seitendarstellung im Querschnitt einer Ausführungsform eines Lautsprechers mit verteilten Moden gemäß der vorliegenden Erfindung in Form einer Deckenplatte ist.Fig. 3b is a side cross-sectional view of an embodiment of a distributed mode loudspeaker according to the present invention in the form of a ceiling tile.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein paneelförmiger Lautsprecher (81) der in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums beschriebenen und beanspruchten Art dargestellt mit einem rechtwinkligen Rahmen (1), der um seinen Innenumfang eine federnde Aufhängung (3) trägt, die ein schallabstrahlendes Paneel (2) mit verteilten Moden hält. Ein Wandler (9), z. B. wie ausführlich mit Verweis auf unsere gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichungen Nr. WO97/09859, WO97/09861, WO97/09858 gleichen Datums beschrieben ist, ist ganz und ausschließlich auf oder in dem Paneel (2) an einer durch Abmessungen x und y definierten vorbestimmten Stelle angebracht, deren Lage wie in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO97/09842 gleichen Datums beschrieben berechnet wird, um Biegewellen in das Paneel auszusenden, um es in Resonanz treten bzw. schwingen zu lassen, um eine akustische Abgabe abzustrahlen.In Fig. 1 of the drawings there is shown a panel-type loudspeaker (81) of the kind described and claimed in our co-pending International Publication No. WO97/09842 of even date, comprising a rectangular frame (1) carrying around its inner periphery a resilient suspension (3) supporting a distributed mode sound radiating panel (2). A transducer (9), e.g. B. as described in detail with reference to our co-pending International Publications Nos. WO97/09859, WO97/09861, WO97/09858 of the same date, is mounted entirely and exclusively on or in the panel (2) at a predetermined location defined by dimensions x and y, the position of which is calculated as described in our co-pending International Publication No. WO97/09842 of the same date, to emit bending waves into the panel to cause it to resonate or vibrate to radiate an acoustic output.
Der Wandler (9) wird durch einen Signalverstärker (10), z. B. einen Tonfrequenzverstärker, angetrieben, der durch Leiter (28) mit dem Wandler verbunden ist. Die Anforderungen an die Verstärkerlast und Leistung können ähnlich herkömmlichen Lautsprechern vom Konustyp vollkommen normal sein, wobei die Empfindlichkeit in der Größenordnung von 86-88 dB/Watt unter Raumbelastungsbedingungen liegt. Die Lastimpedanz des Verstärkers ist im wesentlichen resistiv bzw. ohmsch bei 6 Ohm, und die Leistungsaufnahme beträgt 20-80 Watt. Bestehen der Paneelkern und/oder die Häute aus Metall, können sie so hergestellt werden, daß sie als eine Wärmeabführeinrichtung bzw. Wärmesenke für den Wandler dienen, um Wärme von der Motorspule des Wandlers zu entfernen und somit die Leistungsaufnahme zu verbessern.The converter (9) is driven by a signal amplifier (10), e.g. an audio frequency amplifier, which is connected to the converter by conductors (28). The amplifier load and power requirements can be similar to conventional This should be perfectly normal for cone type loudspeakers, with sensitivity in the order of 86-88 dB/W under room loading conditions. The amplifier load impedance is essentially resistive at 6 ohms and power consumption is 20-80 watts. If the panel core and/or skins are metal, they can be made to act as a heat sink for the transducer to remove heat from the transducer motor coil and thus improve power consumption.
Fig. 2a und 2b sind typische partielle Querschnitte durch den Lautsprecher (81) von Fig. 1. Fig. 2a zeigt, daß der Rahmen (1), die Einfassung (3) und das Paneel (2) durch jeweilige verklebte Verbindungsstellen (20) miteinander verbunden sind. Geeignete Materialien für den Rahmen umfassen eine leichte Einrahmung, z. B. eine Bildrahmung aus stranggepreßtem Metall, z. B. einer Aluminiumlegierung oder Kunststoff. Geeignete Einfassungsmaterialien umfassen federnde Materialien, wie z. B. Schaumgummi und Schaumkunststoffe. Geeignete Klebstoffe für die Verbindungsstellen (20) schließen Epoxid-, Acryl- und Zyanoacrylat-Klebstoffe etc. ein.Figures 2a and 2b are typical partial cross-sections through the loudspeaker (81) of Figure 1. Figure 2a shows that the frame (1), bezel (3) and panel (2) are connected together by respective bonded joints (20). Suitable materials for the frame include light framing, e.g., picture framing made of extruded metal, e.g., aluminum alloy or plastic. Suitable bezel materials include resilient materials such as foam rubber and foam plastics. Suitable adhesives for the joints (20) include epoxy, acrylic and cyanoacrylate adhesives, etc.
Fig. 2b veranschaulicht in einem vergrößerten Maßstab, daß das Paneel (2) ein steifes leichtes Paneel ist, das einen Kern (22) z. B. aus hartem Kunststoffschaum (97), beispielsweise quer-vernetztem Polyvinylchlorid, oder aus einer zellularen Matrix (98), d. h. einer Bienenwabenmatrix aus einer Metallfolie, Kunststoff oder dergleichen, aufweist, wobei die Zellen quer zur Ebene des Paneels verlaufen und durch gegenüberliegende Häute (21) z. B. aus Papier, Pappe, Kunststoff oder einer Metallfolie oder Blech geschlossen sind. Bestehen die Häute aus Kunststoff, können sie durch Fasern aus beispielsweise Kohlenstoff, Glas, Kevlar (®) oder dergleichen in einer per se bekannten Art und Weise verstärkt werden, um ihren Modul zu erhöhen.Fig. 2b illustrates on an enlarged scale that the panel (2) is a rigid lightweight panel having a core (22) of e.g. hard plastic foam (97), e.g. cross-linked polyvinyl chloride, or of a cellular matrix (98), i.e. a honeycomb matrix of a metal foil, plastic or the like, the cells running transversely to the plane of the panel and closed by opposing skins (21) of e.g. paper, cardboard, plastic or a metal foil or sheet metal. If the skins are made of plastic, they can be reinforced by fibers of e.g. carbon, glass, Kevlar (®) or the like in a manner known per se in order to increase their modulus.
Erwogene Hautschichtmaterialien und Verstärkungen umfassen folglich Fasern aus Kohlenstoff, Glas, Kevlar (®), Nomex (®), d. h. Aramid etc. in verschiedenen Schichtungen und Geweben sowie Papier, geklebte Papierlaminate, Melamin und verschiedene synthetische Kunststoffilme mit hohem Modul, wie z. B. Mylar (®), Kaptan (®), Polykarbonat, Phenolharz bzw. Phenolverbindungen, Polyester oder verwandte Kunststoffe, und faserverstärkte Kunststoffe etc. und Blech oder eine Metallfolie. Eine Untersuchung der Vectra-Güte von flüssigkristallinen polymeren thermoplastischen Kunststoffen zeigt, daß sie für das Spritzgießen ultradünner Häute oder Hüllen geringerer Größe, z. B. bis zu einem Durchmesser von etwa 30 cm, nützlich sein können. Dieses Material selbst bildet eine orientierte Kristallstruktur in der Spritzrichtung, eine bevorzugte Orientierung für die gute Ausbreitung der Energie hoher Töne von dem Antriebspunkt zum Paneelumfang.Considered skin layer materials and reinforcements thus include fibres of carbon, glass, Kevlar (®), Nomex (®), i.e. aramid etc. in various plies and weaves as well as paper, glued paper laminates, melamine and various high modulus synthetic plastic films such as Mylar (®), Kaptan (®), polycarbonate, phenolic resin or compounds, polyester or related plastics, and fiber reinforced plastics, etc. and sheet metal or metal foil. An examination of the Vectra grade of liquid crystal polymer thermoplastics shows that they can be useful for injection molding ultra-thin skins or envelopes of smaller sizes, e.g. up to about 30 cm in diameter. This material itself forms an oriented crystal structure in the injection direction, a preferred orientation for good propagation of high pitch energy from the drive point to the panel perimeter.
Außerdem gestattet ein solches Formverfahren für diese und andere thermoplastischen Kunststoffe, daß die Werkzeugbestückung für die Formgebung Anordnungs- und Justierungsmerkmale, wie z. B. Rillen oder Ringe, für die genaue Anordnung von Wandlerteilen, z. B. der Motorspule und der Magnetaufhängung, trägt. Es wurde berechnet, daß es zusätzlich zu einigen schwächeren Kernmaterialien vorteilhaft wäre, die Hautdicke lokal, z. B. in einer Fläche oder einem Kreisring, bis zu 15% des Wandlerdurchmessers zu erhöhen, um diese Fläche zu verstärken und die Schwingungsenergie in vorteilhafter Weise in das Paneel zu koppeln. Der Hochfrequenzgang wird mit weicheren Schaummaterialien durch dieses Mittel verbessert.In addition, such a molding process for these and other thermoplastics allows the molding tooling to carry location and alignment features, such as grooves or rings, for the precise location of transducer parts, e.g. the motor coil and magnet suspension. It has been calculated that in addition to some weaker core materials, it would be advantageous to increase the skin thickness locally, e.g. in an area or annulus, up to 15% of the transducer diameter, to strengthen that area and advantageously couple the vibration energy into the panel. High frequency response is improved with softer foam materials by this means.
Erwogene Kernschichtmaterialien umfassen künstlich hergestellte Wabenkörper oder Riffelungen bzw. Wellungen einer Schicht oder Folie aus einer Aluminiumlegierung oder Kevlar (®), Nomex (®), unbeschichtete bzw. einfache oder verklebte Papiere und verschiedene synthetische Kunststoffilme sowie expandierten oder geschäumten Kunststoff oder Zellstoffmaterialien, sogar Aerogelmetalle, falls sie eine geeignet niedrige Dichte aufweisen. Einige geeignete Kernschichtmaterialien zeigen tatsächlich bei ihrer Herstellung eine brauchbare selbsttätige Hautbildung und/oder weisen ansonsten eine ausreichende inhärente Steifigkeit zur Verwendung ohne Schichtung bzw. Laminieren zwischen Hautschichten auf. Ein zellulares Kernmaterial hoher Güte ist unter dem Handelsnamen "Rohacell" bekannt, das als Strahlerpaneel geeignet sein kann und ohne Häute ist. Vom praktischen Standpunkt aus besteht das Ziel darin, für eine allgemeine Leichtigkeit und Steifig keit zu sorgen, die für einen bestimmten Zweck geeignet sind, konkret einschließlich eines Optimierens von Beiträgen von Kern- und Hautschichten und Übergängen zwischen ihnen.Core layer materials considered include man-made honeycombs or corrugations of a sheet or foil of aluminum alloy or Kevlar (®), Nomex (®), uncoated or plain or bonded papers and various synthetic plastic films as well as expanded or foamed plastic or pulp materials, even aerogel metals if they are of suitably low density. Some suitable core layer materials actually exhibit suitable self-skinning when manufactured and/or otherwise have sufficient inherent stiffness for use without lamination between skin layers. A high quality cellular core material is known under the trade name "Rohacell" which may be suitable as a radiator panel and is skinless. From a practical standpoint, the goal is to provide overall lightness and stiffness ity that are suitable for a specific purpose, specifically including optimizing contributions from core and skin layers and transitions between them.
Mehrere der bevorzugten Formulierungen für das Paneel verwenden Häute aus Metall und Metallegierungen oder alternativ dazu eine Kohlenstoffaserverstärkung. Diese beiden und auch Konstruktionen mit einer Legierung Aerogel oder einem Wabenkern aus Metall weisen beträchtliche Hochfrequenz- Abschirmeigenschaften auf, die in mehreren EMC-Anwendungen wichtig sind. Herkömmliche Lautsprecher vom Paneel- oder Konustyp weisen keine ihnen eigene Fähigkeit zur EMC-Abschirmung auf.Several of the preferred panel formulations use metal and metal alloy skins or, alternatively, carbon fiber reinforcement. Both of these, as well as alloy aerogel or metal honeycomb core designs, exhibit significant high frequency shielding properties that are important in several EMC applications. Conventional panel or cone type loudspeakers do not have any inherent EMC shielding capability.
Außerdem weisen die bevorzugten Formen piezo- und elektrodynamischer Wandler unwesentliche elektromagnetische Strahlung oder magnetische Streufelder auf. Herkömmliche Lautsprecher haben ein großes Magnetfeld bis zu einer Entfernung von 1 Meter, es sei denn, daß spezielle Gegenmaßnahmen zur Kompensation getroffen werden.In addition, the preferred forms of piezo and electrodynamic transducers have negligible electromagnetic radiation or stray magnetic fields. Conventional loudspeakers have a large magnetic field up to a distance of 1 meter, unless special countermeasures are taken to compensate.
Wo es wichtig ist, die Abschirmung in einer Anwendung aufrechtzuerhalten, kann eine elektrische Verbindung zu den leitenden Teilen eines geeigneten DML-Paneels hergestellt werden, oder ein elektrisch leitender Schaum oder eine ähnliche Schnittstelle kann für die Randbefestigung verwendet werden.Where it is important to maintain shielding in an application, an electrical connection can be made to the conductive parts of a suitable DML panel, or an electrically conductive foam or similar interface can be used for edge fixing.
Die Aufhängung (3) kann die Ränder des Paneels (2) dämpfen, um eine übermäßige Randbewegung des Paneels zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine weitere Dämpfung verwendet werden, z. B. Polster bzw. Flecken (engl. patches), die an ausgewählten Stellen an das Paneel geklebt sind, um eine übermäßige Bewegung zu dämpfen, um eine Resonanz gleichmäßig über das Paneel zu verteilen. Die Flecken können aus einem Material auf Bitumenbasis bestehen, wie es gewöhnlich in herkömmlichen Lautsprechergehäusen verwendet wird, oder können aus einem federnden oder steifen Polymerschichtmaterial bestehen. Einige Materialien, besonders Papier und Pappe, und einige Kerne können selbstdämpfend sein. Wo es erwünscht ist, kann die Dämpfung im Aufbau der Paneele erhöht werden, indem eher federnd verfestigende als steif verfestigende Klebstoffe verwendet werden.The suspension (3) may dampen the edges of the panel (2) to prevent excessive edge movement of the panel. In addition or alternatively, further damping may be used, such as pads or patches glued to the panel at selected locations to dampen excessive movement to distribute resonance evenly across the panel. The patches may be made of a bitumen-based material, as is commonly used in conventional loudspeaker enclosures, or may be made of a resilient or rigid polymeric layer material. Some materials, particularly paper and cardboard, and some cores may be self-damping. Where desired, damping in the construction of the panels may be increased by using resiliently consolidating rather than rigidly consolidating adhesives.
Die effektive selektive Dämpfung beinhaltet eine spezielle Anbringung, an dem Paneel einschließlich seines Schichtmaterials, von Einrichtungen, die permanent damit verbunden sind. Ränder und Ecken können für dominierende und weniger verteilte Niederfrequenzschwingungsmoden von erfindungsgemäßen Paneelen besonders von Bedeutung sein. Eine Befestigung einer Dämpfungseinrichtung am Rand kann in nützlicher Weise zu einem Paneel führen, bei dem dessen Schichtmaterial ganz gerahmt ist, obwohl ihre Ecken oft relativ frei sein können, z. B. für eine erwünschte Ausdehnung auf einen Betrieb bei niedrigeren Frequenzen. Die Befestigung kann durch klebende oder selbstklebende Materialien erfolgen. Andere Formen einer nützlichen Dämpfung, insbesondere im Sinne feinerer Effekte und/oder mittlerer und höherer Frequenzen, können durch eine geeignete Masse oder Massen erfolgen, die an vorbestimmten wirksamen mittleren lokalisierten Stellen der Fläche am Schichtmaterial befestigt sind.Effective selective damping involves special attachment to the panel including its laminated material of devices permanently connected thereto. Edges and corners may be particularly important for dominant and less distributed low frequency vibration modes of panels according to the invention. Attachment of a damping device at the edge may usefully result in a panel having its laminated material entirely framed, although its corners may often be relatively free, e.g. for a desired extension to lower frequency operation. Attachment may be by adhesive or self-adhesive materials. Other forms of useful damping, particularly in terms of finer effects and/or medium and higher frequencies, may be by a suitable mass or masses attached to the laminated material at predetermined effective central localized locations of the surface.
Ein akustisches Paneel wie oben beschrieben ist bidirektional. Die Schallenergie von der Rückseite steht mit derjenigen von der Vorderseite in keiner starken Phasenbeziehung. Folglich besteht der Vorteil einer Gesamtsummierung akustischer Leistung im Raum, einer Schallenergie mit einer gleichmäßigen Frequenzverteilung, reduzierter Effekte reflektierender und stehender Wellen und der Vorteil einer besseren Wiedergabe des natürlichen Raums und der natürlichen Atmosphäre in den reproduzierten Tonaufzeichnungen.An acoustic panel as described above is bidirectional. The sound energy from the rear does not have a strong phase relationship with that from the front. Consequently, there is the benefit of a total summation of acoustic power in the room, sound energy with a uniform frequency distribution, reduced effects of reflected and standing waves and the benefit of a better reproduction of the natural space and atmosphere in the reproduced sound recordings.
Während die Abstrahlung von dem akustischen Paneel im wesentlichen ungerichtet ist, nimmt der Prozentanteil phasenbezogener Information außerhalb der Achse zu. Für einen verbesserten Fokus für das Phantomstereobild verleiht die Anordnung der Lautsprecher wie Bilder in der normalen Höhe einer stehenden Person den Vorteil einer maßvollen außeraxialen Anordnung für den normal sitzenden Hörer, was den Stereoeffekt optimiert. Die dreieckige Links/Rechts-Geometrie bezüglich des Hörers liefert gleichfalls eine weitere Winkelkomponente. Somit kann eine gute Stereowirkung erhalten werden.While the radiation from the acoustic panel is essentially omnidirectional, the percentage of off-axis phase information increases. For improved focus for the phantom stereo image, arranging the speakers like pictures at the normal height of a standing person gives the advantage of a moderate off-axis arrangement for the normally seated listener, optimizing the stereo effect. The triangular left/right geometry with respect to the listener also provides another angular component. Thus, a good stereo effect can be obtained.
Im Vergleich zur Wiedergabe herkömmlicher Lautsprecher besteht ein weiterer Vorteil für eine Gruppe von Hörern. Die intrinsisch verteilte bzw. gestreute Art einer Schallabstrahlung eines akustischen Paneels verleiht ihr ein Schallvolu men, das dem invers-quadratischen Gesetz für die Distanz für eine äquivalente Punktquelle nicht gehorcht. Da der Intensitätsabfall mit der Distanz viel geringer ist als durch das invers-quadratische Gesetz vorhergesagt, fördert dann somit das Intensitätsfeld für den Paneellautsprecher im Vergleich zu herkömmlichen Lautsprechern einen besseren Stereoeffekt für außerhalb der Mitte und schlecht plazierte Hörer. Dies verhält sich so, weil der außerhalb der Mitte plazierte Hörer nicht an dem zweifachen Problem infolge der Nähe bzw. des Abstands zum näher gelegenen Lautsprecher leidet, zunächst einmal der übermäßigen Zunahme in der Lautstärke von dem näher gelegenen Lautsprecher und dann der entsprechenden Abnahme in der Lautstärke von dem weiteren Lautsprecher.Compared to the reproduction of conventional loudspeakers, there is another advantage for a group of listeners. The intrinsically distributed or scattered nature of sound radiation from an acoustic panel gives it a sound volume which does not obey the inverse square law for distance for an equivalent point source. Since the intensity decay with distance is much less than predicted by the inverse square law, then the intensity field for the panel speaker promotes a better stereo effect for off-center and poorly placed listeners compared to conventional speakers. This is because the off-center listener does not suffer from the dual problem of proximity and distance to the nearer speaker, firstly the excessive increase in volume from the nearer speaker and then the corresponding decrease in volume from the farther speaker.
Es besteht auch der Vorteil eines optisch attraktiven, flachen, leichten paneelförmigen Lautsprechers mit guter Tonqualität, der nur einen Wandler und keinen Kreuzungspunkt (engl. crossover) für einen Ton über den vollen Bereich von jeder Paneelmembran benötigt.There is also the advantage of a visually attractive, flat, lightweight panel-shaped loudspeaker with good sound quality that requires only one transducer and no crossover point for sound over the full range of each panel diaphragm.
Fig. 3 veranschaulicht eine Deckenplatte (36) der Art, die dafür ausgelegt ist, in einem gitterartigen aufgehängten Rahmen (99) gehalten zu werden, um eine aufgehängte Decke zu schaffen, und die als ein Lautsprecher (81) der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art ausgebildet ist, d. h. mit einem steifen, leichten, mit mehreren Moden in Resonanz schwingenden Paneel (2) mit einem durch Häute (21) auf beiden Seiten eingeschlossenen Kern (22). Das Paneel (2) ist an seinem Umfang an einer federnden Aufhängung (3) aus Schaumgummi angebracht, die am Rahmen (99) gehalten wird. Die Aufhängung (3) kann entweder am Paneel (2) oder am Rahmen (99) durch einen Klebstoff angebracht sein; die Verbindung kann aber allein durch das eigene Gewicht geschaffen werden. Das Paneel (2) trägt einen Wandler (9) z. B. der in den Fig. 7 bis 12 gezeigten Art, um Biegewellen in das Paneel auszusenden, um es zur Erzeugung eines akustischen Ausgangssignals in Resonanz schwingen zu lassen. Der Wandler (9) kann wie in unserer gleichzeitig anhängigen internationalen Veröffentlichung Nr. WO 97/09842 beschrieben auf dem Paneel angeordnet sein.Fig. 3 illustrates a ceiling panel (36) of the type designed to be supported in a grid-like suspended frame (99) to provide a suspended ceiling and formed as a loudspeaker (81) of the type shown in Figs. 1 and 2, i.e. comprising a rigid, lightweight multi-mode resonant panel (2) with a core (22) enclosed by skins (21) on both sides. The panel (2) is attached around its periphery to a resilient foam rubber suspension (3) which is supported on the frame (99). The suspension (3) may be attached to either the panel (2) or the frame (99) by an adhesive; however, the connection may be provided by its own weight alone. The panel (2) carries a transducer (9), e.g. B. of the type shown in Figures 7 to 12, to emit bending waves into the panel to cause it to resonate to produce an acoustic output signal. The transducer (9) may be arranged on the panel as described in our co-pending International Publication No. WO 97/09842.
In einem bevorzugten Beispiel für gute Qualität ist das akustische Paneel als ein Schaumkern aus expandiertem Polystyrol mit typischerweise einer Dichte von 100 g/m³, einer Dicke von 8 mm geschaffen, der mit Häuten aus gehärteter Aluminiumlegierung mit 0,1 mm überzogen ist. Am Umfang ist ein etwa 3 mm dicker weicher Schaum- oder Filzstreifen befestigt, um eine teilweise nachgiebige Befestigung zu schaffen, wenn es in dem Deckenrahmen plaziert wird, und dieser hilft auch dabei, eine etwaige mögliche Schwingung in den Deckenrahmenabschnitten zu unterdrücken.In a preferred example of good quality, the acoustic panel is designed as a foam core of expanded polystyrene with a typical density of 100 g/m³, a thickness of 8mm, covered with 0.1mm hardened aluminium alloy skins. A soft foam or felt strip approximately 3mm thick is attached around the perimeter to provide a partially compliant mount when placed in the ceiling frame and this also helps to suppress any possible vibration in the ceiling frame sections.
Eine bevorzugte Form von Anregungen ist ein Einheits- Tauchspulen-Intertialwandler mit einer Schwing- bzw. Tauchspule von 25 mm oder 38 mm, einer Impedanz von 6 Ohm und einer Leistungsaufnahme von 40 Watt, wobei die Spule direkt mit der Paneeloberfläche verbunden ist. Ein kompaktes becherartiges Magnetsystem, das eingeschlossen und selbstversiegelnd ist, kann ebenfalls direkt mit dem Paneel über einen federnden entkoppelnden Ring verbunden sein, der wegen seiner schwingungsmechanischen Eigenschaften und seiner Abmessungsstabilität gewählt ist.A preferred form of excitation is a unitary moving coil inertial transducer with a voice or moving coil of 25 mm or 38 mm, an impedance of 6 ohms and a power consumption of 40 watts, with the coil directly connected to the panel surface. A compact cup-type magnet system, which is enclosed and self-sealing, can also be directly connected to the panel via a resilient decoupling ring, chosen for its vibration mechanical properties and dimensional stability.
Je nach Anwendung kann eine billige Deckenplatte mit einem Plattenmaterial mit Papierseiten und einem Kunststoffschaumkern gebildet werden, das zum Brandschutz eine leichte Aluminiumfolienschicht aufweisen kann, die durch billige Piezo-Schwingungserreger angetrieben wird. Es werden reduzierte maximale Schallpegel erhalten, die für öffentliche Ankündigungen, Begleitkommentare und zur Verteilung von Hintergrundmusik immer noch ausreichen. Eine weite Flächenabdeckung wird erhalten.Depending on the application, a cheap ceiling panel can be formed with a paper-sided panel material and a plastic foam core, which may have a light aluminum foil layer for fire protection, driven by cheap piezo vibrators. Reduced maximum sound levels are obtained, which are still sufficient for public announcements, voice-overs and for distributing background music. Wide area coverage is obtained.
Wenn leitende metallische oder Kohlenstoffhäute oder -kerne verwendet werden, kann der Lautsprecher mit Erde verbunden oder geerdet werden, um eine EMC-Abschirmung einer installierten Struktur zu erhalten.When conductive metallic or carbon skins or cores are used, the loudspeaker can be bonded or grounded to earth to provide EMC shielding of an installed structure.
Ein Deckenplattenlautsprecher gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert keinen Rahmen, kein Gestell oder keine akustische Schallwand. Das gesamte Lautsprecherpaneel ist einteilig und kann in der richtigen Lage genau wie eine passive dekorative Deckenplatte angeordnet werden. Das akustische Paneel ist relativ leicht, was Deckenbelastungen reduziert und den Einbau begünstigt. Es kann ohne weiteres feuerbeständig gemacht werden. Es kann ohne merkliche akustische Beeinträch tigung dekorativ gestaltet, bemalt oder tapeziert werden, um es in einem Deckeneinbau unsichtbar zu machen.A ceiling panel loudspeaker according to the present invention does not require a frame, rack or acoustic baffle. The entire speaker panel is one piece and can be positioned in the correct position just like a passive decorative ceiling panel. The acoustic panel is relatively light, which reduces ceiling loads and facilitates installation. It can be easily made fire resistant. It can be installed without noticeable acoustic deterioration. ition can be decoratively designed, painted or wallpapered to make it invisible in a ceiling installation.
Eine geringfügige Beschädigung beeinträchtigt nicht die Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den Membranen konusartiger Lautsprecher, die sehr zerbrechlich bzw. empfindlich sind. Ebenfalls wichtig ist der große Vorteil in der Schallverteilung, die durch den Lautsprecher mit einem akustischen Paneel geliefert wird. Seine Kombination einer guten Verständlichkeit und einer Weitwinkelabdeckung bedeutet, daß in einem typischen großflächigen Einbau eine bessere akustische Leistungsfähigkeit mit etwa der halben Anzahl herkömmlicher eingebauter Lautsprecher erzielt werden kann, was in hohem Maße Einbaukosten spart.Minor damage does not affect performance compared to the diaphragms of cone-type speakers, which are very fragile. Also important is the great advantage in sound dispersion provided by the speaker with an acoustic panel. Its combination of good intelligibility and wide-angle coverage means that in a typical large-area installation, better acoustic performance can be achieved with about half the number of conventional built-in speakers, greatly saving installation costs.
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